Формовочные пески: комплексное исследование

Качество формовочных песков играет решающую роль в литейной промышленности, напрямую влияя на долговечность и надежность готовой продукции. В стремлении обеспечить наилучшие результаты, мы в компании регулярно проводим исследования и тестирования, привлекая для этого ведущие лаборатории и технические центры страны. Уже долгое время  мы сотрудничаем с формовочной лабораторией ООО«Уралхимпласт — Хюттенес Альбертус», признанным лидером в сфере производства связующих и противопригарных покрытий. Благодаря их профессионализму и опыту, а также применению современных методов тестирования, мы можем быть уверены , что наши формовочные пески обеспечат на высоком уровне  весь спектр потребительских свойств , а также расширят границы совершенствования  литейного процесса у наших клиентов.

Аналитическое исследование формовочных песков: Качество и свойства

Формовочные пески играют ключевую роль в литейной промышленности, и одним из основных параметров, определяющих их качество, является показатель pH водной вытяжки. В августе 2024 года наш образец формовочного песка марки  1К1О203  прошел тщательную проверку в лаборатории ООО «Уралхимпласт — Хюттенес Альбертус», где был зафиксирован уровень pH 6,8. Это нейтральное значение, соответствующее требованиям ГОСТ 2138-91, свидетельствует о высоком качестве песка, минимизируя риск коррозии и обеспечивая стабильность формовочных составов.

В процессе исследования также была проведена оценка потребности песка в кислоте (ADV) при различных уровнях pH. Результаты показали умеренные значения ADV, что соответствует нормативным требованиям. Например, при pH 7.0 показатель ADV составил 0,5 что сопоставимо со стандартным песком марки 1К2О203. Это подтверждает высокую стабильность и качество нашего образца.

Другим важным показателем является удельная электропроводность (УЭП), отражающая содержание растворимых солей в песке. Показатель УЭП нашего образца составил всего 7,2 мкСм/см, что значительно ниже, чем у стандартного песка марки 1К2О203, где УЭП варьируется от 13 до 14 мкСм/см. Низкий уровень электропроводности указывает на высокую чистоту песка, что делает его идеальным для применения в литейной промышленности.

Коэффициент однородности, равный 77, соответствует группе О2 по ГОСТ 2138-91, что также свидетельствует о равномерном распределении песка в формовочной смеси. Массовая доля пылевидной составляющей составила всего 0,06%, что значительно ниже рекомендуемой нормы в 0,5% это первоклассные результаты , которые положительно скажуться на прочности литейной формы и расходе связующего . Это также  подтверждает отличную работу процесса рассева и пылеудаления. 

Содержание глинистой составляющей в образце составило 0,28%, что чуть выше заявленного  соответствует группе 2 по ГОСТ 2138-91( в определение этого параметра из-за различия в методиках возможны погрешности , далее будет видно что на прочностные характеристики это небольшое отклонение не повлияло) и обеспечивает оптимальный баланс между пластичностью и прочностью. Средний размер зерна равен 0,31 мм, что способствует хорошей уплотненности и формоустойчивости.

Показатель газопроницаемости составил 444 у.е., что позволяет эффективно удалять газы из формы, улучшая качество литейной продукции. Низкая массовая доля влаги — всего 0,01% — обеспечивает стабильность и предотвращает образование дефектов. Потери при прокаливании (ППП) составили 0,13%, что указывает на высокую стабильность при нагреве.

Насыпной вес нашего песка составил 1,5 г/см³, что говорит о его хорошей компактности. Теоретическая удельная поверхность составила 7,5 м²/кг, указывая на низкий уровень и лучшую стабильность формовочной смеси. Коэффициент угловатости равен 1,2, что подтверждает полуокруглую форму частиц, обеспечивающую высокую прочность форм и минимальный расход связующего без потери прочности.

Таким образом, результаты нашего всестороннего исследования  показывают, что данный образец формовочного песка соответствует всем нормативным требованиям и обладает всеми необходимыми свойствами для успешного использования в литейной промышленности. Высокое качество песка, природная уникальная форма частиц , стабильность характеристик  делают его надежным выбором для предприятий использующих  Cold-box amin и альфа-сет процессы.

Гранулометрический состав

Гранулометрический состав песка является важным показателем, который определяет распределение частиц по размеру и влияет на его физические и механические свойства. В нашем исследовании был проанализирован гранулометрический состав чистого песка марки 1К1О203, добываемого на Ташлинском горно-обогатительном комбинате (ТГОК) в рамках исследования, проведенного 21 августа 2024 года.

Результаты анализа гранулометрического состава представлены в таблице:

Анализ показывает, что основная масса песка сосредоточена в диапазоне частиц от 0,200 до 0,315 мм, что составляет 79,45% от общего объема. Такой гранулометрический состав позволяет обеспечить хорошую уплотняемость и формуемость песка, что является критически важным для его применения в литейной промышленности. Наличие минимального остатка на более крупных и мелких ситах свидетельствует о высоком качестве песка и его соответствии современным требованиям.

Внешний вид песка и исследование под оптическим микроскопом

Физико-механические испытания

Физико-механические испытания проводились для определения рабочих характеристик формовочных смесей и их способности выдерживать механические нагрузки в процессе литья. Испытания проводились при следующих условиях: температура наполнителя составила 26 °C, температура воздуха — 24 °C, а относительная влажность воздуха — 18%.

Испытания проводились на двух различных композициях смесей. Первая смесь, названная № 1, использовала марку смолы Альфабонд с содержанием 2% от массы песка и отвердитель Т-03 (стандартный) в количестве 20% от массы смолы. Для смеси № 1 с песком Ташлинский марки 1К1О203 скорость отверждения составила 7 минут на живучесть и 20 минут до протяжки. Предел прочности при растяжении стандартных образцов, отверждаемых в течение 0,5, 1,0, 2,0 и 24,0 часов, составил соответственно 2,4; 4,8; 6,3 и 11,5 кгс/см².

Результаты для смеси № 1 с песком стандартным марки 1К2О203 показали аналогичные времена отверждения, а предел прочности при растяжении был следующим: 2,3 кгс/см² через 0,5 часов, 4,7 кгс/см² через 1,0 час, 6,1 кгс/см² через 2,0 часа и 7,9 кгс/см² через 24,0 часа.

Вторая смесь, названная № 2, состояла из смол Sigmacure 6747 P1 и Sigmacure 8989 P2, каждая из которых имела содержание 0,8% от массы песка. Для отвердителя использовался триэтиламин. Время хранения стержневой смеси не указывалось. Результаты испытаний по Cold-Box amin процессу для смеси № 2 с песком Ташлинский 1К2О203 показали, что предел прочности при растяжении стандартных образцов составил 9,0 кгс/см² сразу после продувки, 17,7 кгс/см² через 1 час, 20,6 кгс/см² через 24 часа и 11,1 кгс/см² через 24 часа при 100% влажности.

Для смеси № 2 с песком стандартным 1К2О203 предел прочности при растяжении составил 11,1 кгс/см² сразу после продувки, 18,4 кгс/см² через 1 час, 21,4 кгс/см² через 24 часа и 13,9 кгс/см² через 24 часа при 100% влажности.

Эти результаты позволят оценить, как различные виды песка влияют на прочностные характеристики смесей сделанных разными процессами  (с Cold-box amin и альфа-сет) , что является важным аспектом при выборе формовочных материалов для литейного производства.

Заключение

В данной работе были проведены всесторонние испытания и аналитические исследования на основе песка Ташлинского ГОК, марки 1К1О203 и стандартного образца формовочного песка, с целью определения его физико-химических и механических характеристик для использования в литейной промышленности (по двум самым распространенным процессам  Cold-box amin и альфа-сет )

Аналитические характеристики:
По результатам определения рН, песок имеет нейтральный характер, что является положительным фактором для его применения. Содержание глинистой составляющей составило 0,28%, что немного отличается от паспортных данных. Это расхождение может быть связано с погрешностями в анализе или различиями в используемом оборудовании. Кроме того, песок хорошо высушен: потери при прокаливании составляют всего 0,10%, что указывает на отсутствие или минимальное содержание органических примесей. Низкая удельная электропроводность (УЭП) и кислотная потребность также подтверждают минимальное содержание примесей.

Фракционный состав:
Песок относится к 03 фракции, обладает хорошей однородностью и минимальным содержанием мелких пылевидных фракций (менее 100 микрон). Это свойство содействует высокой газопроницаемости песка. Удельная поверхность песка низкая, а форма частиц полуокруглая, что благоприятно сказывается на его механических свойствах.

Физико-механические характеристики:
Стержневая смесь, изготовленная из Ташлинского песка марки 1К1О203, продемонстрировала высокие прочностные характеристики в процессе альфа-сет, особенно через 24 часа, что подтверждает ее пригодность для производства форм и стержней. В то же время уровень прочности на амин-процессе оказался примерно равным со стандартным образцом, что свидетельствует о возможности использования песка в различных технологиях.

В целом, результаты проведенных исследований показывают, что песок Ташлинского ГОК марки 1К1О203 является высококачественным материалом, подходящим для использования в литейной отрасли, благодаря своей нейтральной химической природе, низкому содержанию примесей и высоким физико-механическим характеристикам и уникальной форме частиц.