Твердые материалы для огнеупорных покрытий и их подготовка
Кварцевый песок- наиболее распространенный твердый материал для огнеупорных покрытий, что объясняется его распространенностью в природе, низкой стоимостью.
Достаточной огнеупорностью (температура плавления 1700°С) для большинства материалов и простотой подготовки для использования. Плотность 2,65 г/см2. Кварцевые пески поставляют по ГОСТу и квалифицируют по химическому и зерновому составам, см. таблицу.
Таблица характеристика стандартных сит для просеивания песка.
| Номер сита (сетки) по ГОСТу 3584-56 | Размер ячейки, в мм. | Номер сита | Размер ячейки, в мм. | Ближайший номер сетки по ГОСТу 3584-53 |
| 2,5 | 2,5 | 6 | 3,3 | 3,2 |
| 1,6 | 1,6 | 12 | 1,7 | 1,6 |
| 1,0 | 1,0 | 20 | 0,85 | 0,8 |
| 063 | 0,63 | 30 | 0,6 | 056 |
| 04 | 0,4 | 40 | 0,42 | 04 |
| 0315 | 0,315 | 50 | 0,30 | 028 |
| 025 | 0,25 | 70 | 0,21 | 02 |
| 016 | 0,16 | 100 | 0,15 | 014 |
| 01 | 0,1 | 140 | 0,105 | 01 |
| 0063 | 0,063 | 200 | 0,075 | 0071 |
| 005 | 0,05 | 270 | 0,053 | 005 |
Химический состав кварцевого песка
По химическому составу кварцевые пески разделяют на четыре класса в зависимости от содержания кремнезема –SiO2 и примесей. Для литья по выплавляемым моделям применяют пески1-го класса, наиболее чистые, содержащие не менее 97% кремнезема и до 2% глинистой составляющей, до 1,5 % окислов щелочноземельных и щелочных металлов (К2О, Na2О, СаО,MgО), не более 0,75% окислов железа.
Зерновой состав песка определяют на специальном приборе, путем последовательного просеивания через сита с различными размерами отверстий.
Номера стандартных сит и размеры отверстий в них, а также классификации песков по зерновому составу приведены в таблице стандартных сит для просеивания и в таблице классификация песков в зависимости от зернового состава основной фракции.
Таблица классификация песков в зависимости от зернового состава основной фракции
| Наименование группы песков | По ГОСТу 2138-56 | По ГОСТу 2138-51 | ||
| Обозначение группы песков | Номера сит смежных размеров, на которых остаются зерна основной фракции | Обозначение группы песков | Номера сит смежных размеров, на которых остаются зерна основной фракции | |
| Грубый | 063 | 1-063-04 | 20/40 | 20-30-40 |
| Очень крупный | 04 | 063-04-0315 | 30/50 | 30-40-50 |
| Крупный | 0315 | 04-0315-025 | 40/70 | 40-50-70 |
| Средний | 025 | 0315-025-016 | 50/100 | 50-70-100 |
| Мелкий | 016 | 025-016-01 | 70/140 | 70-100-140 |
| Очень мелкий | 01 | 016-01-0063 | 100/200 | 100-140-200 |
| Тонкий | 0063 | 01-0063-005 | 140/270 | 140-200-270 |
| Пылевидный | 005 | 0063-005- тазик | 200/270 | 200-270-тазик |
| Тазик- нижняя часть прибора для определения зернового состава, в которой задерживается наиболее мелкая фракция песка, прошедшая через последнее, самое мелкое сито. | ||||
Пески разделяют на марки.
Марки песка по ГОСТу 2138-56 указывают:
- Класс- кварцевые, содержащие до 2% глинистых составляющих и более 97% кремнезема класса 1К, более 96 % кремнезема класса 2К и т.д. Буква К обозначает кварцевый песок, а цифры 1 и 2 –порядковые номера, характеризующие уменьшение содержания кремнезема и увеличение примесей;
Таблица классификации песков в зависимости от зернового состава основной фракции.
| Наименование группы песков | По ГОСТу 2138-56 | По ГОСТу 2138-51 (для справок) | ||
| Обозначение группы песков | Номера сит смежных размеров, на которых остаются зерна основной фракции | Обозначение группы песков | Номера сит смежных размеров, на которых остаются зерна основной фракции | |
| Грубый | 063 | 1-063-04 | 20/40 | 20-30-40 |
| Очень крупный | 04 | 063-04-0315 | 30/50 | 30-40-50 |
| крупный | 0315 | 04-0315-025 | 40/70 | 40-50-70 |
| Средний | 025 | 0315-025-016 | 50/100 | 50-70-100 |
| мелкий | 016 | 025-016-01 | 70/140 | 70-100-140 |
| Очень мелкий | 01 | 016-01-0063 | 100/200 | 100-140-200 |
| тонкий | 0063 | 01-0063-005 | 140/270 | 140-200-270 |
| пылевидный | 005 | 0063-005-тазик | 200-270 | 200-270-тазик |
| Тазик- нижняя часть прибора для определения зернового состава, в которой задерживается наиболее мелкая фракция песка., прошедшая через последнее, самое мелкое, сито. | ||||
- Группу зернового состава- средним номером сита основной фракции;
- Категорию: А- с остатком на крайнем верхнем сите больше, чем на нижнем; Б- с остатком на крайнем нижнем сите больше, чем на верхнем.
Пример: марка 1К063А – песок кварцевый, содержащий более 97% кремнезема, грубый с остатками на сите 1 больше, чем на сите 04.
Применяемые пески для огнеупорного покрытия
Кварцевые пески применяют пылевидные для растворов огнеупорного покрытия и крупные или средние – для присыпания слоя раствора на модели.
Пылевидный кварц может быть естественного или искуственного происхождения. Естественный пылевидный кварц, так называемый маршалит (марка 1К005), является очень мелкозернистым кварцевым песком. Для отливок из чугуна и цветных сплавов допускается применение менее чистого и менее огнеупорного пылевидного кварца марки 2К005; отличается от 1К005 содержанием кремнезема ( не менее 96%) и окислов железа ( не менее1%). Искуственный пылевидный кварц получают размолом более крупных кварцевых песков. Применяют обычно марки КП-1 и КП-2.
Кварцевый песок для присыпки первых двух слоев покрытия применяют марок 1КО4, !КО315 или 1К025. Для присыпки следующих слоев покрытия выгоднее применять более крупные кварцевые пески с зерновым составом 063, 04 и 0315 или аналогичные по зерновому составу кварцевополевошпатовые пески.
Шамотный порошок (так называемый мертель), применяемый в некоторых случаях для присыпки, является продуктом размола шамота (обожженной огнеупорной глины). Зерновой состав такой, как состав кварцевого песка для присыпки.
Плавленный кварц применяют такого же зернового состава, как пылевидный кварц и кварцевый песок (для присыпки). Плавленный кварц – это твердый стекловидный материал, состоящий полностью из кремнезема. Его получают в виде массы расплавлением и последующим охлаждением наиболее чистых сортов кварцевых песков; массу размалывают и рассеивают.
Двуокись титана (TiO2) – это порошок белого или желтовато-светло-коричневого цвета, такого же зернового состава, как пылевидный кварц и кварцевый песок. Двуокись титана может быть заменена тикондом- массой, применяемой для изготовления конденсаторов ( на основе двуокиси титана) или отходами этой массы и отработанными конденсаторами.
Магнезитовый металлургический порошок получают обжигом минерала магнезита (MgCO2) при 1500-1600°С, в результате которого остается MgO (магнезия) и примеси. Температура плавления магнезитового металлургического порошка 2500-2800°С в зависимости от количества примесей. Плотность 3,6 г/см2, это порошок крупной зернистости, красновато- коричневого цвета. Поставляется двух марок МИ-90 и МПЭ или в виде магнезитовой массы для форм. Применяется взамен пылевидного кварца и кварцевого песка (аналогично двуокиси титана, но магнезитовый порошок более распространенный и более дешевый материал) при изготовлении отливок из высокомарганцовистых и других агрессивных сталей и сплавов, взаимодействующих с кварцевыми песками.
Глинозем технический- кристаллический порошок белого или слегка окрашенного цвета, применяется марок ГО или ГОО как добавка для повышения термостойкости огнеупорного покрытия из магнезита.
Характеристика искуственного пылевидного кварца.
(по ГОСТу 9077-59)
| № п/п | Показатели | Марки кварца | ||
| КП-1 | КП-2 | КП-3 | ||
| 1 | Содержание влаги в %, не более | 2,0 | 2,0 | 2,0 |
| 2 | Содержание кремнезема в %, не более | 98 | 98 | 98 |
| 3 | Содержание металлического железа в % | Не более 0,05 | Не более 0,05 | Не нормируется |
| 4 | Реакция водной вытяжки | Нейтральная | Нейтральная | То же |
| 5 | Зерновой состав в % | |||
| Остаток на сите №016, не более | 1,0 | 2,0 | 1,0 | |
| Остаток на сите №010, не более | 2,5 | 5,0 | 2,5 | |
| Остаток на сите 0063, не более | 10 | 10 | 10 | |
| Через сито №005 должно проходить в % , не меньше | 80 | 70 | 80 | |
| Примечание:С согласия заказчика разрешается поставка пылевидного кварца марки КП-2 с содержанием металлического железа до 0,4%.В этом случае перед применением пылевидного кварца необходимо его прокаливание. | ||||
Выбор исходных материалов определяется составом металла отливки, требованиями к ним по точности и стоимостью.
Недостатком всех кварцевых песков является их значительное расширение при нагреве, см рис.,
Что приводит к искажению заливаемой металлом формы и к снижению точности размеров отливки Для уменьшения искажения полости литейной формы и повышения точности размеров отливки кварцевый песок. Применяемый для присыпки, заменяют шамотом, имеющим вдвое меньшее расширение.
С целью повышения точности отливок пылевидный кварц и кварцевый песок (для присыпки) заменяют плавленым кварцем соответствующих зерновых составов. Расширение плавленного кварца в 20 раз меньше, чем кварцевого песка.
Двуокись титана применяют при изготовлении отливок из высокомарганцевых сталей (содержащих 10-30% марганца), так как эти стали при использовании кварцевого песка дают сильный пригар. С этой же целью применяют металлургический магнезит.
На рисунке показаны отливки из высокомарганцовистой стали, полученные с применением кварцевого песка а), более огнеупорного материала – окиси магния б), и двуокиси титана в).
В последних двух случаях получена хорошая поверхность отливок.Шамот, плавленный кварц, двуокись титана и магнезит применяют сравнительно редко.
