Studium a vývoj směsných bentonitových pojiv

Abstract

Technologie bentonitem pojených formovacích směsi zastává ve slévárenské technologii výroby odlitků výsadní postavení. Tento druh pojiv patří mezi pojiva I. generace (pojivové vlastnosti jsou dány různými fyzikálními silami) a představuje ekonomicky výhodný, technologicky nenáročný sytém pro výrobu a jader a umožňuje formování na syrovo (do 5 % vody). Odhaduje se, že přibližně 70 až 80 % světové produkce odlitků z grafitizujících slitin Za účelem dosažení povrchově kvalitních odlitků se do bentonitových formovacích směsí přidávají nosiče pyrolýzního uhlíku (PC), zejména uhlíkaté materiály. Běžnou uhlíkatou přísadu představuje černé uhlí. Během tuhnutí odlitku probíhá ve formě řada fyzikálně – chemických dějů. V důsledku pyrolýzy nosiče PC vzinká řada technologicky významných pevných pyrolýzních produktů (semikoks, pyrolýzní uhlík – PC). Druhá skupina produktů je představována plyny, které mají negativní vliv na životní prostředí a hygienické podmínky výroby odlitků (plynné těkavé sloučeniny – volatile organic compounds = VOC, BTEX – suma benzen-toluen-ethylbenzen-xyleny). S rostoucími nároky na „ekologickou průmyslovou výrobu“ rostou snahy o snížení znečištění ovzduší. Existuje dva možné způsoby řešení této situace. První přístup je reprezentován částečnou nebo úplnou substitucí původních nosičů PC (černé uhlí) za materiály o specifických fyzikálně – chemických vlastnostech. Druhou množností je vývoj koncentrovaných nosičů PC, jejíž obsah ve směsi bude nižší. Přičemž musí být dbáno na zachování povrchové kvality odlitků a technologických vlastností směsi. Předložená disertační práce shrnuje výzkum nových materiálů za účelem nalezení optimálních aditiv, které by mohly částečná nebo úplně nahradit původní nosiče PC (černé uhlí) jako jsou směsná bentonitová pojiva nebo koncentrované nosiče PC. Základní podmínka, která musí být splněna, je zachování povrchové kvality odlitků a technologických vlastností formovací směsi.

Privileged position in foundry technology of moulds and cores manufacturing has a bentonite binder that belongs to binders agent of I. generation (binding properties are determined by various physical forces). Using of moulding mixtures bonded with bentonite presents economically and technologically useful way of mould and core production and it allows making of moulds by “green sand” technology (up to 5 % of water). It is estimated that about 70 – 80 % of the world casting production from graphitizing ferrous alloys is manufactured in moulds made from this type of mixture. For the purpose of obtaining the castings with high surface quality the carriers of pyrolysis carbon (PC), especially carbonaceous matters, are added into bentonite moulding mixtures. Today the most used carrier of PC is black coal (sea coal). Some physico – chemical processes can proceed in moulds in the course of solidification. Two types of products (solid and gas) arise from the thermal exposure. A very technologically important solid pyrolysis products are formed (semicoke; Pyrolysis Carbon – PC) during combustion of PC carrier (pyrolysis). Second group of products is represented by gas compounds, which have negative influence on environment and ecological conditions of casting production (Volatile Organic Compound = VOC; sum of benzene-toluene-ethylbenzene and xylene = BTEX). In addition, a presence of carbonaceous additives in waste moulding mixtures increases a cost of depositing the waste. These mixtures belong in group of dangerous wastes. Growing emphasis on ”ecological industrial manufacture” requires a decrease of organic air pollution. There are two possible ways of solution of this situation. The first approach can represents a partial and/or total substitution of original carriers of PC (black coal) by materials with specific physico – chemical properties. Development of concentrated carriers of PC that amount will be lower in a mould is another way of solution. Keeping of surface casting quality and technological properties of bentonite mixture must be observed. The doctoral thesis summarizes a research of new materials in order to find optimal additives, which will be substitute the original carriers of PC (black coal) like composite bentonite binder or concentrated carrier of PC. The main aim of research is ensuring of surface quality of casting, decreasing of BTEX amount and keeping of physico – chemical properties of bentonite moulding mixture.