Principala caracteristică a nisipului verde argilos este că este ușor de modelat. Se poate face în forma dorită prin șocare și compactare. În plus, materiile prime folosite, cum ar fi nisipul de siliciu, argila, pudra de cărbune și alți aditivi, sunt ieftine și abundente. Prin urmare, în dezvoltarea în plină expansiune de astăzi a diferitelor procese de turnare, procesul de turnare a nisipului verde are un avantaj absolut în industria de turnare.
Componentele de bază ale nisipului verde argilos sunt nisipul de siliciu, bentonita și apa. În nisipul verde argilos folosit la fabricarea pieselor turnate de fier, pulberea de cărbune este un aditiv indispensabil, care joacă un rol foarte important în îmbunătățirea calității suprafeței și a stabilității dimensionale a pieselor turnate. Calitatea proastă, selecția necorespunzătoare sau adăugarea inadecvată de pulbere de cărbune va duce la o creștere a defectelor de suprafață ale pieselor turnate (cum ar fi aderența nisipului, porii, defecte de dilatare etc.), ceea ce nu numai că va crește rata deșeurilor, dar va crește și volumul de lucru. de curățare turnare.
În ultimii 30 de ani, s-au făcut multe cercetări pentru a găsi materiale alternative pentru pulberea de cărbune, dar până în prezent pulberea de cărbune este încă cel mai utilizat aditiv și cel mai rentabil aditiv.
1．Zăcăminte de cărbune
Cărbunele este produsul coalificării pe o lungă perioadă geologică când plantele antice au fost depuse în straturi și îngropate sub apă sau în condiții de apă suficientă. Datorită diferitelor grade de coaliare, acesta poate fi împărțit în patru categorii: turbă, lignit, cărbune bituminos și antracit. Datorită condițiilor diferite de formare, conținutul total de carbon al diferiților cărbuni poate fi între 49% și 97%. Antracitul are cea mai lungă perioadă de mineralizare, iar pulberea de cărbune pentru turnare este făcută din cărbune bituminos.
Cărbunele bituminos este cărbunele cu un grad ridicat de coaliare, care este negru cenușiu până la negru și maro până la negru după zdrobire. În funcție de conținutul diferit de materie volatilă și coloid, cărbunele bituminos poate fi împărțit în cărbune cu flacără lungă, cărbune gazos, cărbune gras, cărbune cocsificabil și cărbune slab.
Cărbunele cu flacără lungă și cărbunele gazos cu conținut ridicat de volatile vor forma mai întâi o mulțime de faze lichide instabile cu punct de fierbere scăzut atunci când sunt încălzite, apoi se vor descompune rapid în gaz și vor scăpa. Faza lichidă rămasă nu este suficientă pentru ca particulele rămase să se lipească între ele (nu se pot cocsifica). Cărbunele slab cu conținut scăzut de volatile poate forma o fază lichidă cu un punct de fierbere mai mare atunci când este descompus termic, dar cantitatea nu este mare și nu este suficientă pentru cocsificare. Cărbunele gras și cărbunele de cocsificare au un conținut moderat de volatile și pot forma mai multe faze lichide atunci când sunt încălzite, ceea ce este ușor de făcut ca particulele rămase să se lipească între ele (cocs). Pulberea de cărbune pentru turnare este făcută în principal din cărbune gras și cărbune de cocsificare.
Diverse modificări care apar atunci când cărbunele bituminos este încălzit
Când cărbunele bituminos este încălzit, mai întâi elimină umiditatea, apoi se descompune și eliberează materii volatile. Descompunerea cărbunelui bituminos poate fi împărțită aproximativ în patru etape.
Prima etapă este sub 200 de grade, apa este îndepărtată și o cantitate mică de CO2 este eliberată. Viteza de reacție în această etapă este scăzută.
A doua etapă: 200-350 grad, pe lângă faptul că continuă să elibereze vapori de apă și CO2, începe să se elibereze CO și se precipită o cantitate mică de gudron, care poate fi considerată etapa inițială a pirolizei.
A treia etapă: 350-550 grad, viteza reacției de descompunere crește, produsele de descompunere sunt în principal hidrocarburi cu greutate moleculară mică și alți compuși organici, iar gudronul este practic precipitat în această etapă. Cărbunele bituminos trece și prin procesul de înmuiere-topire-solidificare și prin procesul de contracție-expansiune-contracție de volum.
La aproximativ 350-390 grade , cărbunele bituminos se înmoaie treptat și se micșorează în volum. După aceea, începe să se topească, iar faza lichidă crește treptat, formând un coloid amestecat cu solid, lichid și gaz. În stadiul incipient, datorită cantității tot mai mari de gaz precipitat, volumul coloidului se extinde rapid. După ce gazul precipită într-o anumită măsură, cantitatea de precipitare scade brusc, iar volumul coloidului se micșorează în consecință. În cele din urmă, coloidul se solidifică într-un solid poros, numit semi-cocs. În general, modificarea volumului cărbunelui bituminos în această etapă este prezentată în Figura 1. Figura 1 Modificarea volumului cărbunelui bituminos în timpul încălzirii
C－Scăderea inițială a volumului;
S－Extinderea ulterioară a volumului;
D-Extinderea volumului total.
În a patra etapă, peste 550 de grade, continuă să precipite diverse gaze, inclusiv vapori de apă, CO2, CO, H2, metan, acetilenă și amoniac, iar semi-cocsul este transformat în cocs.
Gazele produse în a treia și a patra etapă se pot condensa pe suprafața solidă fierbinte pentru a forma o peliculă asemănătoare grafitului cu un conținut ridicat de carbon, care este de obicei numit carbon strălucitor. Dintre diferitele substanțe hidrocarburice, hidrocarburile aromatice sunt cel mai probabil să fie pirolizate pentru a forma carbon strălucitor.
3．Formarea aderenței nisipului pe suprafața pieselor turnate din oțel și fier
După ce metalul topit este injectat în matriță, vor avea loc o serie de reacții fizice, chimice și fizico-chimice între metal, materialul de turnare și atmosfera din matriță la interfața metal-matriță. Lipirea nisipului este unul dintre rezultatele cuprinzătoare ale acestor multe reacții. Printre acestea, FeO joacă un rol extrem de important.
Punctul de topire al FeO este de aproximativ 1370 de grade, ceea ce este mai mare decât punctul de topire al fontei generale. Cu toate acestea, atunci când FeO intră în contact cu nisipul de silice, este ușor să se genereze fayalita (Fe2SiO4) cu un punct de topire de 1205 grade. Fayalita poate genera două eutectice cu SiO2 sau FeO cu un punct de topire de aproximativ 1130 de grade. Dacă pe suprafața particulelor de nisip există argilă sau alți oxizi alcalini, se pot forma și silicați cu puncte de topire mai mici.
Deoarece metalul topit în sine conține o anumită cantitate de oxigen, fluxul de lichid va fi oxidat de oxigenul din atmosferă în timpul procesului de fier (oțel) și turnare. De asemenea, va fi oxidat de atmosfera din matriță la începutul pătrunderii în cavitatea matriței. După ce metalul topit intră în matriță, FeO există la interfața metal-matriță. Sub acțiunea capului metalic de presiune statică, FeO se va agăța de suprafața boabelor de nisip, formând silicați cu punct de topire scăzut cu granule de nisip și argilă, iar suprafața boabelor de nisip se va topi. Când metalul nu s-a solidificat încă, silicații cu punct de topire scăzut din apropierea interfeței sunt strânși în adâncurile matriței de nisip. Deoarece golurile dintre boabele de nisip s-au extins și există silicați pe suprafața granulelor de nisip care sunt ușor umeziți de metalul topit, metalul topit poate pătrunde în golurile dintre boabele de nisip, înfășurând boabele de nisip care nu au a fost topit, formând nisip lipicios. Acest proces este prezentat aproximativ în Figura 2.
Figura 2 Vedere a procesului de formare a aderenței nisipului de turnare
a) Metalul topit intră în contact cu suprafața matriței, iar suprafața metalului este oxidată;
b) FeO formează silicați fuzibili în contact cu nisipul siliciu și argila;
