FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 1

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 1

ABSTRAKT Předložená práce se zabývá změnou stávajícího pojivového systému pro metodu vytvrzováním za tepla Hot–Box, sloužícího k výrobě plášťových jader tvořících vodní prostor hlav válců. Cílem navržení nového pojivového systému pro metodu vytvrzováním za tepla Warm–Box se sleduje snížení tvorby kondenzátů a plynotvorných látek v pojivu v porovnání se stávajícím pojivovým systémem. Dále se práce zabývá dosažením optimálních manipulačních pevností jader při sníženém dávkování pojivového systému a při nižších teplotách jaderníků v rozsahu odpovídajícím výrobním podmínkám firmy Nemak Slovakia s.r.o. Při řešení problematiky byly použité metody pro hodnocení kvality ostřiv, jádrových směsí a jader, dále metody pro hodnocení kvality taveniny, odlitků a základní metody statistického zpracování výsledků. Klíčová slova Metoda Hot–Box, metoda Warm–Box, manipulační pevnost, jádrová směs, pojivový systém, COGAS analýza.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 2

ABSTRACT Submitted thesis deals with the change of existing binding system for the Hot–Box method for hardening serving for manufacturing of shell cores the water space of cylinder heads comprise of. Objectives for proposing new binding system for Warm–Box method of hardening under heat are to achieve reduction in creation of condensates and gas substances in binding material compared with existing binding system. Further the thesis is aimed at achieving optimal operating hardness the cores have by reduced batches of binding system and by reduced temperatures of cores in scope reflecting manufacturing conditions in the company Nemak Slovakia s.r.o. While resolving issues there were used methods for evaluating quality of opening materials, core mixtures and cores, further methods for evaluating quality of melt, casts and basic methods for statistical processing of results. Key words Hot–Box method, Warm–Box method, operating hardness, core mixture, binding system, COGAS analysis.

BIBLIOGRAFICKÁ CITACE HLAVSA, Petr. Název: Optimalizace vlastností formovací směsi vodního jádra hlav válců. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, 2008. 60 s., 7 příloh. Prof. Ing. Karel Rusín, DrSc.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 3

Prohlášení Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma Optimalizace vlastností formovací směsi vodního jádra hlav válců vypracoval samostatně s použitím odborné literatury a pramenů, uvedených na seznamu, který tvoří přílohu této práce.

22.5.2008

…………………………………. Petr Hlavsa

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 4

Poděkování Dovoluji si vyslovit poděkování společnosti Nemak Slovakia s.r.o. za umožnění řešení diplomové práce. Taktéž děkuji mému vedoucímu diplomové práce Prof. Ing. Karlu Rusínovi, DrSc. za odborné vedení a konzultantům Ing. Lotce Berčákové a Ing. Petrovi Benkovi, PhD. za podnětné konzultace a cenné připomínky k řešené problematice.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 5

OBSAH Abstrakt ..........................................................................................................................1 Prohlášení......................................................................................................................3 Poděkování....................................................................................................................4 Obsah.............................................................................................................................5 Úvod ...............................................................................................................................6 1 SOUČASNÝ STAV POZNATKŮ ...........................................................................7 1.1 Ostřiva formovacích směsí ...............................................................................7 1.1.1 Druhy ostřiv....................................................................................................7 1.1.2 Křemenná ostřiva .........................................................................................7 1.1.3 Chemické složení křemenných ostřiv........................................................9 1.1.4 Nevýhody křemenných ostřiv .....................................................................9 1.1.5 Granulometrická skladba ostřiv................................................................15 1.2 Pojivové systémy vytvrzované za tepla ........................................................16 1.2.1 Druhy pojivových systémů ........................................................................17 1.2.2 Chemické složení a vlastnosti pojivových systémů ..............................17 1.3 Výroba jader metodou Hot–Box a metodou Warm–Box............................25 1.3.1 Příprava jádrové směsi..............................................................................25 1.3.2 Metoda Hot–Box .........................................................................................26 1.3.3 Metoda Warm–Box.....................................................................................28 1.3.4 Porovnání metody Hot–Box s metodou Warm–Box .............................28 2 METODIKA EXPERIMENTŮ ...............................................................................29 2.1 Experimentální materiál...................................................................................29 2.1.1 Vlastnosti a chemické složení použitých ostřiv a pojivových systémů ...................................................................................................................29 2.1.2 Chemické složení použité Al–slitiny ........................................................32 2.1.3 Experimentální zkoušky.............................................................................32 2.2 Experimentální metody....................................................................................34 2.2.1 Metodika zkoušení ostřiv...........................................................................34 2.2.2 Metodika zkoušení jádrových směsí .......................................................38 2.2.3 Hodnocení kvality taveniny .......................................................................42 2.2.4 Způsob posuzování vlivů na kvalitu odlitků ............................................43 3 VÝSLEDKY EXPERIMENTŮ A JEJICH DISKUSE ..........................................44 3.1 Vyhodnocení vlastností jádrových směsí .....................................................44 3.1.1 Výsledky a zhodnocení provozních zkoušek .........................................44 3.1.2 Grafické porovnání výsledků ....................................................................49 3.2 Vyhodnocení výsledků z odlévání .................................................................51 3.2.1 Hodnocení vlivů na kvalitu odlitků............................................................52 3.2.2 Hodnocení vnitřních vad odlitků ...............................................................55 3.3 Souvislost mezi změnami vlastností jader a kvalitou odlitků.....................55 Závěr ............................................................................................................................56 Seznam použitých zdrojů ..........................................................................................58 Seznam použitých zkratek a symbolů.....................................................................59 Seznam příloh .............................................................................................................60

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 6

ÚVOD Slévárny, které vyrábějí odlitky pro automobilový průmysl, kde je vysoce nastavené měřítko kvality odlitků, vyžadují kromě produktivních metod pro výrobu jader i metody, které jim příslušnou kvalitu jader a následně i odlitků zajistí. Hlavně se to týká tvarově složitějších odlitků, jako jsou např. hlavy válců, bloky motorů, olejové vany atd. Zde je třeba použít někdy i celou sadu jader, která se např. u hlav válců skládá z jader tvořících vodní prostor, olejový prostor, sací a výfukový prostor a krycího jádra. Každé jádro musí být vyrobeno tak aby byla zaručena výsledná kvalita odlitku. Hlavní úlohu zde hraje použitá metoda pro výrobu jader, a dále správně navržený pojivový systém pro danou metodu. Mezi všemi v dnešní době známými metodami pro výrobu jader, patří k nejpoužívanějším metody, které jsou pro velkosériovou výrobu jader rychlé a produktivní, jako je např. metoda Cold–Box. I když byla tato metoda vyvinuta teprve v 70 letech, představuje v dnešní době více než 50 % z celkové velkosériové výroby jader (obr. 1). A i když jsou teplem vytvrzované pojivové systémy zatlačovány touto metodou do ústraní, je stále ještě řada sléváren, které výhody těchto metod využívají. Mezi hlavní patří již zmiňované slévárny, které vyrábějí odlitky pro automobilový průmysl a vyžadují dobrou rozpadavost jader po odlití a nízkou drsnost povrchu, což metody využívající k vytvrzování tepla zaručují. Jedná se hlavně o metodu Hot–Box, Warm–Box a metodu obalovaných směsí Croning.

Obr. 1 Ukázka zastoupení metod výroby jader ve slévárenském průmyslu [6]

Účelem této práce je odzkoušet pojivové systémy pro metodu Warm–Box na místo stávajícího pojivového systému pro metodu Hot–Box. Cílem je dosáhnout zvýšení produktivity výroby jader, a zlepšení pracovních podmínek při výrobě jader i při odlévání.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 7

1 SOUČASNÝ STAV POZNATKŮ 1.1 Ostřiva formovacích směsí Hlavní objemové zastoupení ve směsi má ostřivo, zrnitý žárovzdorný materiál s velikostí částic nad 0,02 mm. Tvoří materiálový skelet forem a jader, a proto vedle aktivity povrchu zrn patří k jeho nejdůležitějším vlastnostem hranatost a granulometrie částic. Obě poslední charakteristiky rozhodují o objemové hmotnosti, pórovitosti a tedy i prodyšnosti a propustnosti směsi, tepelné dilataci a vzniku napětí z bržděné dilatace, tepelné vodivosti směsi a dokonce do značné míry ovlivňují pevnost forem a jader. Za kritickou velikost částic ostřiva považujeme 0,02 mm. Menší částice řadíme do vyplavitelného podílu – jíly, křemenný prach, neplastické částice, živec, jiné minerály – zemité pojivo (stanovíme sedimentační zkouškou). (1) 1.1.1 Druhy ostřiv Podle chemické povah dělíme ostřiva: Kyselá (křemenná ostřiva) Neutrální (šamot, olivín, korund) Zásaditá (magnesit) Podle původu vzniku dělíme ostřiva: Přirozená (křemenná ostřiva, olivín, disténsillimanit, zirkon, dunit) Umělá (šamotová drť, chrommagnesit, korund, kovové kuličky) (1) Dále se budeme zabývat pouze křemennými ostřivy. 1.1.2 Křemenná ostřiva Křemen je nejrozšířenější minerál, vyskytující se v přírodě v přiměřeně zrnitém stavu a jeho vlastnosti, i za vysokých teplot, vyhovují běžným potřebám. Křemen (SiO2) krystalizuje v soustavě trigonálně trapezoedrické (β–křemen). Tvrdost má 7, měrná hmotnost se pohybuje v mezích 2620–2660 kg/m3. (1)

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 8

Obr. 1.1 Prostorová stavba křemene [2]

Obecné požadavky na křemenná ostřiva pro přípravu syntetických směsí lze shrnout asi takto: -

-

-

Vysoce mineralogicky čisté (SiO2 > 96%). Vysoce pravidelné (nejlépe monofrakce a pak podle požadavku skládat). Málo hranaté (kulatá ostřiva jsou vhodná pro organická pojiva – malý povrch, minimální spotřeba pojiva, avšak neodolávají tolik změnám teplot a jsou náchylnější k vadám z tepelného pnutí). Co možná minimální koncentrace jemných podílů, včetně na sítě 0,1 mm. Nemají obsahovat hrubší zrna nad 0,5–0,6 mm (neplatí pro masivní odlitky). Ostřiva pro ocel musí obsahovat minimum živců (do 1%). Ještě větší důležitost vidíme v disperzitě živců. Někdy vyšší koncentrace tolik nevadí, jsou-li jemnozrnné. Živce mají nízký bod tavení a silně snižují teplotu spékání ostřiv. Živce: plagioklasy (100–n) NaAlSi3O8 + nCaAl2Si2O8 obsahují až 10% Na2O ortoklas K (AlSi3O8) – obsahuje asi 17% K2O, 18% Al2O3 S ohledem na požadovanou hladkost povrchu odlitků je celosvětovou tendencí pracovat s jemnozrnnými ostřivy, asi kolem středního zrna d50 = 0,22 mm (pro masivní odlitky d50 > 0,3 mm).

-

Povrch zrn vysoce aktivní, čistý bez povlaků a nalepených částic. (1)

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 9

1.1.3 Chemické složení křemenných ostřiv Tab. 1.1 Průměrné chemické složení ostřiva Šajdíkové Humence [1]

SiO2 [%]

Al2O3 [%] Fe2O3 [%] TiO2 [%]

93–97

1,5–4,3

0,7–0,25 0,03–0,15

CaO [%]

MgO [%]

Na2O [%]

K2O [%]

0,16–0,7

0,16–0,7

0,5–1,5

0,5–1,5

1.1.4 Nevýhody křemenných ostřiv K hlavním nevýhodám křemenných ostřiv patří: 1. Zvýšená reaktivnost za vysokých teplot s oxidy Fe a jiných kovů (legur ocelí). 2. Neplynulá (diskontinuální) tepelná dilatace – související s malou rozměrovou přesností odlévaných odlitků a vznikem řady slévárenských vad z tepelných napětí (výronky, zálupy atd.). 3. Cristobalitická expanze za přítomnosti mineralisátorů a vysokých teplot (nad 900 °C). 4. Silikosa – nemoc z křemenného prachu. (1) 1. Zvýšená reaktivnost křemenných ostřiv Křemen je sloučenina vysloveně kyselá a reaguje s látkami zásaditými za vzniku sloučenin o snížené žárovzdornosti. Např. reakcí SiO2 s FeO se tvoří fayalit (obr. 1.2). 2 FeO + SiO2 → 2 FeO.SiO2

(1.1)

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 10

Obr. 1.2 Binární diagram FeO–SiO2 [1]

Vznik fayalitu je dáván do souvislosti s penetrací kovu do slévárenské formy a vznikem zapečenin (bod tavení fayalitu 1205 °C). Teplota tavení se dále snižuje, přistoupí-li do reakce MnO (např. u Mn–ocelí) (tvorba ternárního eutektika FeO–SiO2–MnO). (1) 2. Neplynulá (diskontinuální) tepelná dilatace Křemen má neplynulou tepelnou dilataci – diskontinuální, což je velmi nevýhodné. Na rozdíl od jiných ostřiv (olivín, zirkon) je jeho tepelná dilatace podstatně vyšší (obr. 1.3).

Obr. 1.3 Tepelná dilatace některých druhů slévárenských ostřiv [1]

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 11

Diskontinualita dilatační křivky je způsobena modifikačními změnami SiO2 (polymorfní přeměny) (obr. 1.4).

Obr. 1.4 Polymorfní přeměny křemene [2]

Obr. 1.5 Fázový diagram soustavy SiO2 [2]

Dilatace každého zrna (mikrodilatace) se navenek projeví makrodilatací formy nebo jádra. Makrodilatace – její hodnota pak závisí na stupni volnosti při mikrodilataci každého zrna (přísady, obsah pojiva, tvar zrna, stupeň zhuštění). Největší hodnoty napětí naměříme u monofrakčních ostřiv s kulatými zrny.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 12

Celá řada slévárenských vad povrchu odlitků je důsledkem zvýšeného tepelného napětí v lícní části slévárenské formy. K nim patří zálupy, výronky, zadrobeniny i nárůsty. Např. u zálupů patří tepelné napětí z bržděné tepelné dilatace formy a snížené mechanické vlastnosti v kondenzační zóně vody pod povrchem formy, k hlavním faktorům. K nejúčinnějším postupům v předcházení vad z napětí je výměna křemenného ostřiva za ostřivo s plynulou křivkou s nižší hodnotou tepelné dilatace (napětí), bez modifikačních změn. (1) 3. Cristobalitická expanze Křemen se při ohřevu mění v α–cristobalit. Proces probíhá velmi pomalu, dochází k tzv. „pozvolným přeměnám“, jestliže je křemen chemicky čistý, hruběkrystalický, mající málo defektní mřížku. Při přechodu α–SiO2 v α– cristobalit (obr. 1.6) dochází k podstatným změnám v krystalové mřížce (hexagonální → krychlová). Rovnovážná teplota modifikační změny leží mezi 1050–1100 °C, což je doprovázeno r ůstem o 15,7 obj. %.

Obr. 1.6 Struktura α–cristobalitu [1]

V nerovnovážných podmínkách slévárenské formy přeměna α–SiO2 v β– cristobalit (obr. 1.7) při 900–1000 °C je mineralizována (katalyzována) přítomností kationtů (Na – z vodního skla, K – z resolů apod.) (1) Změna α–SiO2 v cristobalit je reakcí v pevné fázi a začíná na volném a vnitřním povrchu. Povrch má přerušené tetraedrické vazby (SiO4)4-, což jen usnadňuje změny mřížky. Cristobalitizace je značně urychlována kationty podle následujících řad:

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 13

K+ > Na+ > Li+ Zn2+ > Mn2+, Fe2+ > Ba2+ > Sr2+ > Ca2+ > Mg2+ Ze studia kinetiky této modifikační přeměny vyplývá, že přítomnost tekuté fáze podstatně aktivuje proces cristobalitizace. Jestliže mineralizátor tvoří tekutou fázi, pak je jeho působení mnohem aktivnější, neboť se zvyšuje povrch styku se zrny křemene.

Obr. 1.7 Struktura β–cristobalitu [1]

Některé oxidy, např. Al2O3, na rozdíl od mineralizátorů brzdí přeměny křemene a brzdí i účinek současně přítomných mineralizátorů. Bez mineralizátorů tedy probíhá proces velmi pomalu a vzniká cristobalit s vysoce defektní strukturou. Vedle katalyzátorů má na rychlost přeměny vliv i zrnitost křemene. Jsou-li zrna malá, probíhá cristobalitizace velmi rychle. U hrubších zrn (běžných ostřiv) probíhá přeměna ve dvou fázích. V první fázi vznikají na povrchu zárodky cristobalitu a v druhé fázi cristobalitizace probíhá do hloubky zrn. Rychlost procesu první fáze probíhá pomaleji než ve fázi druhé. U jemnozrnného křemene se rychlosti obou fází rovnají a celý proces probíhá jakoby s jedinou rychlostí od počátku do konce. (1)

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 14

Po odlití tekutého kovu do dutiny formy natuhává kov na povrchu jádra, které se však intenzivně prohřívá. Přestoupí-li teplota 900 °C, za číná cristobalitická expanze v jádře, avšak ta se může rozvíjet pouze v závislosti na dalším pochodu tuhnutí odlitku směrem od jádra. Proměřováním teplotního pole jader bylo zjištěno, že teplota jádra při určitém poměru tepelného obsahu odlitku k tepelnému obsahu jádra může přestoupit teplotu tuhnutí natuhlé prvotní kůrky odlitku, která se opět může roztavit a umožnit další průběh expanze až do doby, než znovu kůrka natuhne (periodické tuhnutí) a má již takovou pevnost, že jádro nemůže dále narůstat, i když stále ještě postupuje cristobalitická expanze v objemu jádra. Expanze má pak pouze za následek růst napětí v jádře. Teplota jádra zůstává po dlouhou dobu nejvyšší z celého souboru odlitek–jádro (nižší tepelná vodivost směsi než kovu) a jádro se stává tepelným centrem celého odlitku. Důsledky cristobalitické expanze křemenných ostřiv: -

-

-

-

Při vyšším tepelném namáhání forem a hlavně jader, vyrobených z čistých křemenných ostřiv za přítomnosti mineralizátorů, nemůžeme zaručit rozměrovou i tvarovou přesnost odlitků. Zapečeniny hlavně u ocelových odlitků obsahují podíl cristobalitu. Cristobalitická expanze sehrává v celém mechanismu tvorby zapečenin důležitou roli. Expandující jádro trhá vrstvu povrchové ochrany (nástřiky, nátěry). Tam, kde rychlost natuhávání kovu na povrch jádra je vysoká a nedochází k odtavení kůry (cyklickému natuhávání), tj. u jader s nižším tepelným namáháním, projevuje se cristobalitická expanze růstem zbytkového napětí, což nepříznivě ovlivňuje rozpadavost a čistitelnost pravých jader. Cristobalit je biologicky velmi aktivní modifikací SiO2 a proto je stále více dnes dáván do souvislosti se vznikem silikosy. (1)

4. Silikosa Jde o vážnou plicní chorobu, vznikající ze zaprášených plic křemenným prachem s velikostí částic 0,0002–0,003 mm, přičemž za kritický je označován rozsah 0,0005–0,005 mm. S ohledem na největší biologickou aktivitu – agresivitu cristobalitu ze všech běžných modifikačních forem SiO2 je velmi pravděpodobné, že vedle

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 15

velikosti částic SiO2 je i obsah cristobalitu rozhodujícím činitelem vzniku této časté plicní nemoci slévačů. (1) 1.1.5 Granulometrická skladba ostřiv Vlastnosti formovací a jádrové směsi v nemalé míře závisí od granulometrické skladby ostřiva. Výsledky sítového rozboru pak sestavujeme do diagramů, které jsou jednoznačným obrazem zrnitosti. Nejpoužívanější jsou součtové křivky zrnitosti (obr. 1.8), ze kterých pak odečítáme charakteristická kritéria granulometrické skladby: d50 – průměrná zrnitost (střední zrno), tj. taková velikost síta, kterým projde 50 % ostřiva. d25 a d75 – jsou průměry ok sít, kterým odpovídá 25 a 75 % z celkové hmotnosti ostřiva (po odplavení podílů menších než 0,02 mm).

S=

d75 tzv. stupeň stejnorodosti (pravidelnost zrnění) d25

Obr. 1.8 Součtová (integrální) křivka zrnitosti křemenného písku [1]

(1.2)

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 16

Kritérium zrnitosti S zhruba vyhovuje jen pro přirozená ostřiva (např. křemenné písky), u nichž má součtová křivka v úseku mezi d25 až d75 lineární průběh. Čím se stupeň pravidelnosti zrnění více blíží hodnotě 1, tím je ostřivo stejnoměrnější a naopak. Přesto kritérium nehodnotí podíly pod d25 a nad d75, tedy 50 % z celkové hmotnosti ostřiva. S tímto hodnocením však již vůbec nevystačíme u umělých ostřiv (šamot, lupek, bazická ostřiva, korund atd.), kde součtová (integrální) křivka je neplynulá, lomená. (1)

1.2 Pojivové systémy vytvrzované za tepla Asi k nejznámějším a nejpoužívanějším systémům pro sériovou výrobu jader vytvrzovaných teplem patří metoda horkého jaderníku Hot–Box. I když je tato metoda v dnešní době čím dál tím více vytlačována metodou PUR Cold– Box, ještě stále existuje spousta sléváren, které metody teplem vytvrzovaných pojiv využívají. Největšího využití nacházejí hlavně ve slévárnách hliníkových odlitků, nejčastěji pro automobilový průmysl. (3) Další varianty technologie Hot–Box: Hot–Box Plus – speciální postup pro extrémně dlouhou životnost směsi. Nevýhodou je relativně dlouhý vytvrzovací čas i vyšší tepelná stabilita jader při lití. Warm–Box – u této metody jsou používány nižší teploty. Doba vytvrzování je srovnatelná s postupem Hot–Box. Používají se modifikované furanové pryskyřice. Termošok – vytvrzování probíhá krátkodobě (šokem) při teplotách 280– 300 °C a vytvrzovací reakce dob ěhne vlivem nakumulovaného tepla jader. Jako pojivo slouží vysoce kondenzované fenolické pryskyřice a močoviny, tvrdidlem jsou kyselé soli. (4) K dalším teplem vytvrzovaným pojivovým systémům patří asi nejstarší metoda Croning nazvaná po svém vynálezci, označovaná též jako technologie obalovaných směsí. U této metody se jako pojiva využívá fenolformaldehydová pryskyřice a jako tvrdidlo se používá hexametylentetramin. Teploty se pohybují v rozmezí 240–280 °C. I u této metody byl p ři nástupu metody Cold–Box očekáván velmi rychlý zánik. I zde se tyto prognózy nenaplnily, jelikož žádná jiná písková technologie neumožňuje dosáhnout tak nízkou drsnost povrchu (např. u sacích a výfukových kanálů).

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 17

Všechny výše uvedené pojivové systémy patří do organické chemie. Mezi pojiva vytvrzované teplem na anorganické bázi patří např. modifikované Na– silikáty (vodní skla) a roztoky solí. (4) K dalším, dnes již hodně zkoušeným moderním pojivům patří biologická pojiva, tzv. „biopojiva“ (na bázi proteinů). Dále se budeme zabývat pouze organickými pojivovými systémy pro technologie Hot–Box a Warm–Box. 1.2.1 Druhy pojivových systémů Pro metodu Hot–Box se v podstatě využilo dvou skupin organických pojiv – pryskyřice a sacharidy (případně vzájemné kombinace). Od čistě sacharidových pojiv se již upustilo z důvodu navlhání při skladování, plastických deformací za tepla (při vyjímání z jaderníku) a často nevyhovujících pevností. Jako pojiv se používá: -

močovino–formaldehydová pryskyřice, melamino–formaldehydová pryskyřice, furanová (modifikovaná furano–močovinová pryskyřice – metoda Warm– Box), fenol–formaldehydová pryskyřice (resoly). (4)

1.2.2 Chemické složení a vlastnosti pojivových systémů 1. Močovino–formaldehydové pryskyřice Jsou tvrditelné látky, vznikající zahříváním močoviny s formaldehydem – kondenzací. (4) Formaldehyd – methanal CH2O, je bezbarvý, štiplavě páchnoucí plyn, který se vyrábí dehydrogenací či oxidací methanolu. (5) Močovina – diamid kyseliny uhličité CO(NH2)2, je biologicky a technologicky nejvýznamnější sloučeninou této skupiny. Vyrábí se zahříváním kysličníku uhličitého s amoniakem pod tlakem. Je to bezbarvá krystalická sloučenina dobře rozpustná ve vodě. Má mírně zásadité vlastnosti. (5)

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 18

(1.3) Podle poměru močoviny k formaldehydu i podle teploty prostředí vznikají krystalické mono a dimetylolmočoviny, metylolmetylenmočovina a konečně řetězové až ohromně síťované polykondenzáty, tj. pryskyřice močovinoformaldehydové, zvané obecně aminoplasty. Začátek kondenzace vysvětluje schéma: (4)

(1.4) S postupnou kondenzací se tvoří tavitelné a rozpustné až netavitelné a nerozpustné síťové makromolekuly. (4)

(1.5) Pryskyřice mohou být obměňovány rozmanitou „modifikací“. Na vlastnosti pryskyřice má rozhodující vliv pH soustavy a doba reakce. V procesu polykondenzace, podobně jako u fenolformaldehydových pryskyřic, probíhá celý proces ve 3 stádiích A, B, C. K prvnímu stádiu (A) patří hydrofilní pryskyřičné produkty, které okamžitě po samovolném odchodu vody a částečně pod vlivem H+–iontů kyselin přecházejí do stádia (B). V tomto stavu pryskyřice želatinuje,

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 19

špatně se rozpouští ve vodě a má vysokou viskozitu. Při tepelném zpracování a pod vlivem kyselých látek vzniká třetí stádium (C) reakce. Získáváme tvrdé nerozpustné a netavitelné sloučeniny. V neutrálním a zásaditém prostředí lze lehce kondenzaci zabrzdit ve stádiu (A). Stádium (B) a (C) probíhá pod působením ohřevu Hot–Box nebo za pomoci kyselých katalyzátorů. (4) Charakteristické údaje: -

-

Řídké až středně viskózní (0,1–0,5 Pa.s) pryskyřice. Z barvení sahá od takměř bezbarvé až po béžovou. Čiré až neprůhledné („mléčné“). Vysoký obsah dusíku, často víc jak 10 % (nebezpečí vzniku dusíkových bodlin u odlitků z oceli a tvárné litiny). Relativně vysoký obsah volného formaldehydu (víc jak 1 %). Po delším skladování se často na dně tvoří usazenina. Pryskyřice se potom před skladováním musí znovu promíchat. Nízká tepelná odolnost – dobrá rozpadavost jader (vhodné pro slitiny z lehkých kovů – automobilový průmysl). Vytvrzující přísady:

-

Vytvrzující přísady na bázi anorganických solí, většinou dusičnanu amonného. Teplota vytvrzování 200–300 °C. Schopnost regenerace:

-

Velmi dobrá, tepelné i mechanické regeneráty se dají znovu použít s velmi dobrými výsledky. (3)

2. Fenol–formaldehydové pryskyřice (resoly) Fenolové pryskyřice jsou výsledkem komplikovaných reakcí mezi fenolem a aldehydmi, většinou formaldehydem, na vyšší molekulární produkty. Při kondenzaci fenolu a formaldehydu je fenol trojfunkční a formaldehyd dvojfunkční, čím mohou vznikat trojrozměrné zesíťované struktury. Když se funkčnost fenolu sníží substitucí, získáme lineární struktury.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 20

Při přeměně z fenolu a formaldehydu na fenolové pryskyřice se vyskytují 3 stádia: -

Hydroxymetylace fenolu. Kondenzace hydroxymetylfenolů a vícesložkových sloučenin. Zesíťování. Polykondenzáty z fenolů a aldehydů, obzvlášť z fenolů a formaldehydu

vznikají tak, že molekuly vodíků fenolů reagují s formaldehydem na fenolové hydroxylové skupiny a přitom se trojrozměrně zesíťují. Jak je minimálně jedno ze tří reakce schopných míst substituované, odpadá možnost zesíťování a jako výsledné produkty polykondenzace vznikají poměrně nízkomolekulární sloučeniny. U fenolových pryskyřic třídy rezolů, katalyzovaných zásadami, je hydroxymetylační reakce rychlejší než kondenzace. Charakteristické funkční skupiny této třídy pryskyřic jsou reaktivní hydroxymetylové skupiny a dimetyleterové vazby. (6) Při reakci fenolu s aldehydem, v tomto případě s formaldehydem, vznikají za spolupůsobení katalyzátoru následující produkty: 1. krok reakce

Fenol

1. meziprodukt

(1.6)

První krok reakce, hydroxymatylace fenolu, probíhá podle následovného mechanizmu:

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 21

(1.7) Resoly mohou vznikat jen při použití trojfunkčních fenolů, jelikož dvojfunkční fenoly se nemohou zesíťovat. Důležitým kritériem pro vlastnosti vznikajících produktů reakce je použitý molový poměr fenol/formaldehyd. Molový poměr v reakčním použití je 1 mol formaldehydu na 1 mol fenolu. Když se pracuje s přebytkem formaldehydu, vytvářejí se při monohydroxymetylfenolech i dihydroxyfenoly a trihydroxyfenoly.

(1.8) 2. krok reakce

2. meziprodukt

(1.9)

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 22

Hydroxymetylenové skupiny v para pozici vstupují do reakce se substituentmi ve všech pozicích, avšak upřednostňují p–hydroxymetylenové skupiny (orto–hydroxymetylové skupiny reagují jen se substituentmi v para pozici). S narůstajícím počtem substituentů na fenolovém kruhu narůstá i sklon ke kondenzačním reakcím. Až při druhém kroku dochází k sebekondenzaci hydroxymetylfenolů při teplotách mezi 60–100 °C. P ři vysokých hodnotách pH a teplotách nižších jak 60 °C probíhá kondenza ční reakce pomalu. Pro kondenzaci hydroxymetylfenolů na víceřetězové sloučeniny jsou známé dva způsoby reakce. Mohou se vyskytnout dimetyleterové vazby anebo metyleterové vazby jako specifické struktury.

(1.10) Tvorba dimetyleterových vazeb není při silně alkalických podmínkách, jako je např. při kondenzaci resolů, mimořádně vyvinutá. Vznikají převážně v neutrálním anebo mírně kyselém pásmu pH a při teplotách nižších jak 130 °C.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 23

(1.11) 3. krok reakce Meziprodukty reagují ještě jednou při odloučení vody s fenolem. Jedná se o kondenzaci. Jak výše uvedené stupně probíhají s druhým meziproduktem namísto fenolu v stupni 1, dochází k prostorovému zesíťování a hovoříme o polykondenzaci. Přitom vzniká tzv. „fenoplast“, nazývaný též fenolová pryskyřice. (6)

(1.12) Charakteristické údaje: -

Většinou středně viskózní (0,2–1,0 Pa.s) pryskyřice světlehnědé až tmavohnědé barvy. Opticky čiré, průhledné, bez dusíku.

-

Relativně krátká doba skladování a silný nárůst viskozity po dobu skladování v závislosti od teploty. Obsah nevázaného fenolu je často vyšší než 5 % a proto je potřebné zatřídění mezi jedy.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 24

Vytvrzující přísady: -

Základem vytvrzovacích přísad jsou anorganické kyseliny, většinou kyselina sírová. Teplota vytvrzování 200–300 °C. Schopnost regenerace:

-


3. Furanové pryskyřice (modifikované furano–močovinové pryskyřice) Jedná se o kondenzáty z furfurylalkoholu a formaldehydu. (3) Furan, kapalina o bodu varu 31 °C, vzniká dekarboxy lací 2– furankarboxylové kyseliny. (5)

(1.13) Vyrábí se z furfuralu, a to jeho katalytickou dekarbonylací, nebo katalytickou oxidací 1,3–butadienu. Mezi nejběžnější deriváty furanu patři furfural neboli fural, 2– furankarbaldehyd, který je výchozí surovinou při syntéze jiných furanových sloučenin. Připravuje se zahříváním polysacharidů, obsahujících jako stavební jednotky pentosy se zředěnou kyselinou chlorovodíkovou nebo sírovou.

(1.14) Je to bezbarvá, vonící kapalina, která po čase tmavne. Užívá se jí v petrochemickém průmyslu k extrakci nenasycených uhlovodíků a dále k přípravě plastických hmot. Chemickými vlastnostmi se velmi podobá

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 25

benzaldehydu. Účinkem louhu podléhá Cannizzarově reakci, při které vzniká kyselina 2–furankarboxylová a furfurylalkohol. (5)

(1.15) Charakteristické údaje: -

Řídké (< 0,1–0,3 Pa.s) pryskyřice. Barva hnědá až takměř černá. Čiré až neprůhledné. Nízký obsah dusíku, většinou méně jak 3 %. Zhotovená jádra mají tmavou, hnědou až zelenou barvu. Vytvrzující přísady:

-

Prostředek na bázi kyseliny sírové anebo aromatických sulfonových kyselin ve spojení s močovinou. Teplota vytvrzování 170–210 °C. Schopnost regenerace:

-


1.3 Výroba jader metodou Hot–Box a metodou Warm–Box Pro metodu Hot–Box a metodu Warm–Box se stále ještě nachází uplatnění ve slévárnách kde je třeba dosáhnout větší pevnosti, hlavně u plášťových jader a následně vzhledem k používaným pojivovým systémům i dobré rozpadavosti jader po odlití. K velkému využití dochází hlavně u odlitků z neželezných kovů. 1.3.1 Příprava jádrové směsi Příprava jádrové směsi probíhá většinou v lopatkových mísičích. Míchání směsi trvá přibližně 3 minuty. Je třeba dbát na to aby byla do směsi prvně

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 26

přidána vytvrzující přísada (tvrdidlo), a aby došlo k řádnému promíchání po dobu 1–1,5 minuty. Potom se přidá a promíchá pojivo (pryskyřice). Někdy jsou přidávány i třetí přísady, které slouží pro zlepšení tekutosti směsi, pro zvýšení hustoty jader, k prodloužení doby zpracovatelnosti směsi a k snížení přijímání vlhkosti při skladování. Bývá také dosaženo lepší rozpadavosti jader po odlití a jádra se nezávisle na teplotě snadněji oddělují od jaderníku. Většinou se jedná o roztoky sulfátové smoly v petroleji, které se přidávají v množství 0,1–0,2 % na hmotnost ostřiva. Dávkování pojiva a tvrdidla pro metodu Hot–Box se používá v množství 1,5–2,5 % pojiva na hmotnost ostřiva, a 15–30 % tvrdidla na množství pojiva. U metody Warm–Box je obsah pojiva snížen na 1,0– 1,5 % na hmotnost ostřiva, a množství tvrdidla je 20–30 % na hmotnost pojiva. 1.3.2 Metoda Hot–Box Princip metody spočívá v naplnění jaderníku, předehřátého na potřebnou teplotu (200–300 °C), jádrovou sm ěsí s rychle teplem vytvrzujícím pojivovým systémem. (7)

Obr. 1.9 Princip metod s tepelně vytvrzovanými pojivovými systémy a) Příprava ke vstřelování, b) Postup při rozebírání jaderníku a vyjímání jádra, c) Postup tvrdnutí jádra [7]

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 27

Po ztvrdnutí povrchové vrstvy jádra dostačující k udržení požadovaného tvaru se jádro vyjme a k dotvrzení celého průřezu jádra dojde už mimo jaderník akumulovaným teplem. Okamžik vyjmutí jádra z jaderníku by měl souhlasit s okamžikem dosažení tzv. manipulační pevnosti jádra (pevnost zajišťující běžnou manipulaci s jádrem bez nebezpečí poškození). Delší ponechání jádra v uzavřeném jaderníku zbytečně prodlužuje výrobní takt pro zhotovení jednoho jádra a tím zmenšuje produktivitu práce. Technologické problémy u Hot–Boxu je možné shrnout do třech okruhů: 1. Rychlé zaplnění jaderníku směsí – základní princip vstřelování je v tom, že jaderník je naplněn jádrovou směsí bez vytvoření pískovzdušné směsi, ale pouze expanzí stlačeného vzduchu, který tlačí jádrovou směs před sebou směrem do jaderníku. Celá operace je velmi krátká, stlačený vzduch má funkci vytlačovací. V jaderníku nedochází k víření jádrové směsi, čímž se značně snižuje opotřebení jaderníku. Rozhodující význam pro dosažení správného upěchování jádra má uspořádání vstřelovacích otvorů. Další důležitou otázkou, která musí být u vstřelování vyřešena, je dokonalé odvzdušnění prostoru jaderníku. Vstřelení jádrové směsi je děj velmi rychlý (asi 0,1–0,3 s). K dokonalému upěchování jádrové směsi je nutné, aby byl vzduch z jaderníku okamžitě odveden, jinak vznikají odpory proti zaplyňování dutiny jaderníku a ty vedou ke snížení upěchování jádra. K odvedení vzduchu slouží odvzdušňovací otvory (odvzdušňovací sítka), jejichž umístění závisí na tvarovém uspořádání jádra a způsobu zaplňování jaderníku jádrovou směsí. (7) 2. Intenzivní ohřev jaderníku – jaderník musí být ohříván na potřebnou teplotu jak před vstřelením, tak po zaplnění jaderníku jádrovou směsí. Zdroj tepla je většinou plyn, u menších jaderníků se využívá elektrického ohřevu. Směřováním hořáků se dosahuje rovnoměrného ohřevu jádra. Jejich nastavení se provádí při záběhu jaderníku. Plynový ohřev zajišťuje rychlejší náběh na provozní teplotu při výměně jaderníků. U elektrického ohřevu topnými články je rovnoměrnost ohřevu horší. Regulace se provádí zapínáním a vypínáním topných článků podle údajů teplotních snímačů zabudovaných v tělese jaderníku. (8) 3. Vyjímání jádra – k vyjímání jádra se používá vyhazovacích kolíků s dostatečnou styčnou plochou, umístěných na několika místech, podle

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 28

složitosti jádra. Jádro má v okamžiku vyjímání jen malou manipulační pevnost, která je podstatně nižší než konečná pevnost jádra. Optimální doba vyjmutí jádra souvisí pro daný typ užitého pojivového systému s teplotou vytvrzování a tyto parametry bývají určovány experimentálně. (7)

Obr. 1.10 Závislost doby ponechání jádra v jaderníku na optimální teplotě jaderníku [7]

1.3.3 Metoda Warm–Box Ve Francii byla zavedena metoda užívající pojivového systému vytvrzovaného za podstatně nižších teplot (170–210 °C), která byla nazvána metoda teplých jaderníků – Warm–Box. Výhoda této metody je ve zlepšení pracovních podmínek, což je důsledkem nižších pracovních teplot a nižších obsahů pojiva. (7) 1.3.4 Porovnání metody Hot–Box s metodou Warm–Box Při porovnání obou systémů vychází nejlépe z hlediska dávkování pojiva a technologických parametrů metoda Warm–Box. Oproti metodě Hot–Box jsou u této metody již zmiňované nižší pracovní teploty a nižší obsahy pojiva. Další výhodou Warm–Boxu je nižší vývin plynů z jader při odlévání a dobrá rozpadavost jader po odlití.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 29

Nevýhodou pojivového systému pro Warm–Box je jeho vysoká cena, která je způsobena zvýšeným obsahem furfurylalkoholu v pojivu. Dále lze jako nevýhodu uvést výslednou barvu vyrobených jader (tmavá až tmavě zelená), což může zhoršovat výslednou kvalitu jader, vinou špatné detekce vad při výrobě.

2 METODIKA EXPERIMENTŮ 2.1 Experimentální materiál 2.1.1 Vlastnosti a chemické složení použitých ostřiv a pojivových systémů Jako experimentální materiál bylo použito ostřivo z lokality Šajdíkové Humence s označením ŠH 30 (střední zrno d50 = 0,70 mm) a ŠH 32 (střední zrno d50 = 0,35 mm). Chemické složení je uvedené v tab. 2.1, granulometrický rozbor viz. přílohy. Tab. 2.1 Chemická analýza ostřiv Šajdíkové Humence ŠH 32 a ŠH 30

Produkt

Fe2O3

Al2O3

TiO2

CaO

Na2O

K2O

MgO

ŠH 32

0.170

1.641

0.023

0.045

0.179

0.835

0.042

ŠH 30

0.207

1.625

0.026

0.047

0.183

0.837

0.047

Byly zkoušeny tři pojivové systémy pro metodu Warm–Box od třech dodavatelů slévárenských pojivových systémů. Pro zkoušku byl vybrán jeden druh plášťového jádra tvořícího vodní prostor hlav válců, který je běžně vyráběn na stávajícím pojivovém systému pro metodu Hot–Box.

Obr. 2.1 Plášťové jádro tvořící vodní prostor hlav válců vyrobené metodou Hot–Box

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 30

Stávající pojivový systém pro metodu Hot–Box od firmy A: Pojivo Chemické složení:

Furfurylalkoholová pryskyřice modifikovaná močovinou

Hustota (20 °C):

1,24–1,26 g/cm 3

Viskozita (20 °C):

40–45 mPa.s

Tvrdidlo Chemické složení:

Vodný roztok dusičnanu amonného, močoviny a sulfitových výluh

Hustota (20 °C):

1,24–1,26 g/cm 3

Hodnota pH:

4,5–6,5

Přísada Chemické složení:

Roztok sulfátové smůly v petroleji

Hustota (20 °C):

0,91–0,93 g/cm 3

Viskozita (20 °C):

80–130 mPa.s

Bod vzplanutí:

64 °C

Pojivový systém pro metodu Warm–Box od firmy A: Pojivo Chemické složení:

Furfurylalkoholová pryskyřice modifikovaná močovinou

Hustota (20 °C):

1,166–1,172 g/cm 3

Viskozita (20 °C):

10–50 mPa.s

Hodnota pH (20 °C):

4,5–5,5

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 31


Vodný roztok fenolsulfonové kyseliny

Hustota (20 °C):

1,29–1,30 g/cm 3

Viskozita (20 °C):

150–350 mPa.s


<1

Přísada – stejná jako u stávajícího pojivového systému. Pojivový systém pro metodu Warm–Box od firmy B: Pojivo Chemické složení:

Modifikovaná furano–močovinová pryskyřice

Hustota (20 °C):

1,17–1,20 g/cm 3

Viskozita (25 °C):

40–60 mPa.s


6,0


Roztok kyseliny sulfonové

Hustota (20 °C):

1,14–1,15 g/cm 3

Viskozita (25 °C):

60–100 mPa.s


<1

Přísada Chemické složení:

Destilační polymer s rozpouštědlem

Hustota (20 °C):

0,95 g/cm 3

Viskozita (25 °C):

30–40 mPa.s

Bod vzplanutí:

37 °C

Pojivový systém pro metodu Warm–Box od firmy C:

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 32

Pojivo Chemické složení:

Modifikovaná fenolová pryskyřice

Hustota (20 °C):

1,23 g/cm 3

Viskozita (20 °C)

400–500 mPa.s


7,0 – 7,5


Kyselina sírová, 2–Anilin Ethanol

Hustota (20 °C)

1,35 g/cm 3

Hodnota pH (20 °C)

cca 1

2.1.2 Chemické složení použité Al–slitiny Materiál, ze kterého jsou vyrobené odlitky, do kterých se používají plášťové jádra tvořící vodní prostor hlav válců je podeutektický silumin AlSi7Mg0,3. Tab. 2.2 Chemická analýza slitiny AlSi7Mg0,3

Si

Fe

Cu

Mn

Mg

Cr

Ni

7.12

0.12

0.01

0.02

0.30

0.00

0.00

Zn

B

Ca

Na

P

Pb

Sb

0.01

0.00

0.00

0.00

< 0.000

Sn

Sr

Ti

Ostatní

Al

< 0.00

0.012

0.16

0.0084

92.24

< 0.0001 < 0.0005

2.1.3 Experimentální zkoušky Experimentální zkoušky byly provedené na zařízeních firmy Nemak Slovakia s.r.o.. Zkoušky byly realizované ve spolupráci s dodavateli slévárenské chemie. Celkem byly s každou firmou realizovány 2 zkoušky, při kterých se hledalo optimální dávkování pojivového systému. Z optimalizovaných jádrových směsí, které dosahovaly požadovaných pevností v ohybu za tepla i za studena

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 33

bylo vyrobeno 50 plášťových jader tvořících vodní prostor hlav válců produktu Ssang Yong s typovým označením ZK A664.

Obr. 2.2 Odlitek hlavy válců produktu Ssang Yong s typovým označením ZK A664

Plášťová jádra tvořící vodní prostor produktu Ssang Yong s typovým označením ZK A664 byly odlity metodou gravitačního lití do kokil. Teplota taveniny při odlévání byla 710–720 °C. Parametry lití byly zac hované podle platné dokumentace pro tento produkt.

Obr. 2.3 Plášťové jádro tvořící vodní prostor hlav válců vyrobené metodou Warm–Box produktu Ssang Yong s typovým označení ZK A664 založené do kokily

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 34

2.2 Experimentální metody Zkoušky ostřiv, jádrových směsí a taveniny byly provedeny v laboratoři a v provozu firmy Nemak Slovakia s.r.o.. 2.2.1 Metodika zkoušení ostřiv Byly provedeny tyto zkoušky ostřiv: -

Vyplavitelné látky Sítový rozbor Ztráty žíháním Relativní vlhkost Hodnota pH

Vyplavitelné látky Vyplavitelné látky jsou částice menší jako 0,02 mm přilepené na povrchu zrn ostřiv, odstranitelné sedimentační zkouškou. Postup při stanovování vyplavitelných látek kontinuálním vyplavováním: 1. Do skleněné kádinky o obsahu 600 ml vysokého tvaru navážíme 50 ± 0,05 g vysušeného vzorku. 2. Přidá se 250 ml vody a 10 ml 5% roztoku pyrofosforečnanu sodného. 3. Obsah kádinky se dá vařit na 3–4 minuty a pak se 10 minut míchá vrtulkovým míchadlem při otáčkách 6000–8000 ot/min. 4. Necháme obsah kádinky usadit a vrtulky míchadla opláchneme do kádinky. 5. Uzavřeme ventil ve spodní části skleněné válcové nádoby vyplavovacího přístroje a otevřeme regulační ventil, kterým napustíme vodu do třetiny válcové nádoby. 6. Z přepadu ve vrchní části válcové nádoby odděláme gumovou zátku a do otvoru vložíme skleněný trychtýř, přes který nalijeme obsah vzorku z kádinky do nádoby a přidáme dvě lžíce krystalického pyrofosforečnanu sodného. 7. Nasadíme gumovou zátku s přepadem a regulačním ventilem nastavíme průtok v závislosti od teploty vody. Průtok vody se indikuje od horní hrany

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 35

plováku v rotametru. Po naplnění válcové nádoby opět zkontrolujeme průtok a v případě potřeby ho zkorigujeme. 8. Je-li voda v nádobě zcela čistá uzavřeme regulační ventil a vypustíme zbytek ostřiva do kádinky. 9. Kádinku s ostřivem naplníme vodou a necháme stát minimálně 8 minut. Potom nadbytečnou vodu odstraníme násoskou s výškou 2,5 cm. Ostřivo se dále přefiltruje, usuší při 110 ± 5 °C, zváží a vyplavitelné látky vypo čítáme podle vztahu:

v=

m 0 − m1 ⋅ 100 m0

(%)

(2.1)

kde

m 0 – hmotnost vysušeného ostřiva před plavením (g) m1 – hmotnost vysušeného ostřiva po plavení (g) Vyplavitelné látky byly stanoveny na kontinuálním vyplavovacím zařízení PKA.

Obr. 2.4 Kontinuální vyplavovací zařízení PKA

Sítový rozbor Princip metody: Zkoumaný vzorek ostřiva se prosévá sadou normovaných sít na vysívacím zařízení. Stanoví se hmotnost frakcí na jednotlivých sítech a jejich vyjádření v procentech vztažených na hmotnost celého vzorku.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 36

Postup při stanovování sítového rozboru: 1. K sítovému rozboru použijeme ostřivo po stanovení vyplavitelných látek, které vysíváme 10 minut na příslušné sadě normovaných sít. 2. Po vysítování se zbytky jednotlivých sít samostatně sesypou na lesklý papír, štětcem pečlivě očistí pletivo i stěny sít a získané podíly se zváží s přesností 0,01 g. 3. Poměrné obsahy ostřiva na jednotlivých sítech se vypočítají, přičemž se bere jako základ navážka na stanovení vyplavitelných látek (50 g). 4. Zrnitost ostřiva se vyjadřuje graficky součtovou křivkou zrnitosti ostřiva v jednotném semilogaritmickém rastru s logaritmickou stupnicí pro velikosti ok sít na ose vodorovné a s dekadickou stupnicí na ose svislé pro procenta podílů zachycených na sítě. 5. Součtová křivka zrnitosti se sestrojí tak, že k příslušné velikosti ok síta se nanese v procentech hmotnost všech zrn, zachycených na tomto sítě a na všech sítech ležících nad ním, tj. s většími otvory. Ztráty žíháním Ztráta žíháním je definována jako úbytek hmotnosti vzorku žíhaného při teplotě 800 °C. Kvantitativn ě je vyjádřena vztahem (2.2). Postup při stanovování ztrát žíháním: 1. Dva čisté žíhací kelímky vložíme do muflové pece, žíháme 5 minut při teplotě 800 ± 10 °C a po vyžíhání necháme vychladnout v exs ikátoru na laboratorní teplotu. 2. Do obou vychladnutých kelímků navážíme na analytických vahách 5 gramů vzorku. 3. Kelímky se vzorky vložíme do muflové pece a žíháme 60 minut při teplotě 800 ± 10 °C. 4. Vyžíhané vzorky necháme vychladnout v exsikátoru na laboratorní teplotu. 5. Po vychladnutí na laboratorní teplotu zvážíme kelímky na analytických vahách. 6. Vypočítáme ztráty žíháním podle vztahu (2.2) a uděláme aritmetický průměr z obou měření.

FSI VUT

x=

DIPLOMOVÁ PRÁCE

m z − mp mz

⋅ 100

(%)

List 37

(2.2)

kde

m z – hmotnost navážky vzorku před žíháním (g)

mp – hmotnost vyžíhaného vzorku (g) Relativní vlhkost Vlhkost je množství vody odstranitelné sušením bez chemické reakce. Je vyjádřena v procentech původní hmotnosti vlhkého vzorku, podle vztahu:

w=

mv − ms ⋅ 100 (%) mv

(2.3)

kde

m v – hmotnost vlhkého vzorku (g) m s – hmotnost vysušeného vzorku (g) Relativní vlhkost byla stanovena na analyzátoru vlhkosti Mettler–Toledo HR 73.

Obr. 2.5 Analyzátor vlhkosti Mettler–Toledo HR 73

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 38

Hodnota pH Postup při stanovování pH: 1. Do skleněné kádinky navážíme 50 ± 1 g vzorku, zalijeme 50 ml destilované vody a vaříme 1 minutu. 2. Kádinku necháme odstát a vychladnout na laboratorní teplotu. 3. Vodu nad vzorkem nalijeme do kádinky a měříme pH. 4. Elektrodu opláchneme destilovanou vodou a vložíme do kádinky na měření pH. Na displeji se nám objeví hodnota pH. Hodnota pH byla stanovena digitálním pH metrem. 2.2.2 Metodika zkoušení jádrových směsí Byly provedeny tyto zkoušky jádrových směsí: -

Pevnost v ohybu za tepla a za studena Ztráty žíháním z jádra Stanovení prašných podílů z jádra Měření vývinu plynů a kondenzátu z jádra

Pevnost v ohybu za tepla a za studena Pevnost v ohybu je zatížení, při kterém se zlomí zkušební trámeček o rozměrech 22,36×22,36×170 mm, pracovního průřezu 5×10-4 m2, namáhaný ohybem. Postup při stanovování pevností v ohybu: 1. Na laboratorní váze navážíme přibližně 170 g jádrové směsi. 2. Jaderník volně a rovnoměrně naplníme zkoušenou jádrovou směsí a položíme ho do pěchovadla. 3. Pomalu položíme beranidlo na jádrovou směs v jaderníku a pomalým otáčením kliky pěchujeme směs třemi údery beranidla. 4. Po upěchování zarovnáme šablonou výšku zkušebního trámečku. 5. Jaderník položíme na suchou kovovou podložku spodní částí nahoru a rozebereme ho.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 39

6. Po vyrobení dvou zkušebních trámečků, vložíme kovové podložky s trámečky do laboratorní sušárny vyhřáté na teplotu 250 °C (pro metodu Hot–Box) nebo 220 °C (pro metodu Warm-Box). 7. Zkušební tělesa vytvrzujeme po dobu 8 minut. 9. Po vytvrzení zlomíme hned jeden trámeček a určíme pevnost v ohybu za tepla, druhý trámeček necháme vychladnout na laboratorní teplotu. 10. Tento postup opakujeme, dokud nedostaneme 3 pevnosti za tepla a tři pevnosti za studena, ze kterých vypočítáme aritmetický průměr. Pevnost v ohybu byla stanovena na digitálním pevnostním přístroji LRU–D. Ztráty žíháním z jádra Postup je stejný jako u stanovování ztrát žíháním u ostřiva. Prašné podíly z jádra Postup při stanovování prašných podílů z jádra: 1. Kousky jader vložíme do keramických nebo kovových kelímků. 2. Kelímky s jádry vložíme do muflové pece, kde je necháme žíhat po dobu 60 minut (resp. dokud nedojde k úplnému rozpadnutí jader) při teplotě 800 ± 10 °C. 3. Po rozpadnutí jader (tj. vyžíhání pojiva) vyjmeme kelímky z pece a necháme je vychladnout na laboratorní teplotu. 4. Po vychladnutí odvážíme na analytických vahách 100 g vzorku a nasypeme ho na síto o průměru 0,125 mm. 5. Vzorku necháme prosívat po dobu 10 minut. 6. Po vysítování odstraníme ostřivo, které zůstalo na sítě o průměru 0,125 mm a síta o průměrech 0,09 mm, 0,063 mm a podsítné částice odvážíme na analytických vahách. Součtem vah na sítech o průměrech 0,09 mm, 0,063 a s podsítnými částicemi dostaneme množství prašným podílů.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 40

Měření vývinu plynů a kondenzátu z jádra Pro měření vývinu plynů a kondenzátu bylo použito zařízení COGAS.

Obr. 2.6 Zařízení COGAS pro měření vývinu plynů a kondenzátu

Princip metody: Vzorek jádra o rozměrech 22,36×22,36×40 mm je ponořen do Al taveniny o teplotě 720–740 °C a trubi čkou umístěnou na povrchu jádra jsou odváděny plyny přes ampulku se skleněnými kuličkami, kde dochází ke kondenzaci. Zbytky plynů pak dále odchází trubičkou do válce naplněném definovaným množstvím vody. Množství plynů a kondenzátu se určuje z váhového rozdílu. Doba ponoření vzorku jádra do Al taveniny je 300 s. Popis měření vývinu plynů a kondenzátu 1. Na otočném rameni je umístěna ampulka na jímání kondenzátu. Z ampulky je vyvedena trubička na povrch vzorku jádra, která slouží k odsávání plynů. Dále je z ampulky vyvedena hadička, která slouží pro odvod plynů nad hladinu vody

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 41

ve válci umístěném na digitální váze. Množství kondenzátu se určuje z váhového rozdílu prázdná ampulka a ampulka s kondenzátem.

Obr. 2.7 Otočné rameno s ampulkou na zachycení kondenzátu

2. Nádobka s vodou umístěná na digitální váze, která slouží pro zachycení plynů. Plyny jsou odváděny nad hladinu vody ve válci. Množství plynu se určí z váhového rozdílu čistá voda a voda–plyn.

Obr. 2.8 Nádobka s vodou pro zachytávání plynů

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 42

3. Do kelímku s Al taveninou o teplotě 720–740 °C je pono řen vzorek jádra na dobu 300 s.

Obr. 2.9 Kelímek s Al taveninou a vzorek jádra po vyjmutí z kelímku

2.2.3 Hodnocení kvality taveniny Kontrola tavenina byla provedena podle interních předpisů firmy Nemak Slovakia s.r.o.. Byla provedena chemická analýza. Chemická analýza Chemická analýza byla provedena optickou emisní spektrometrií zařízením SpektroLab M5 firmy Nemak Slovakia s.r.o..

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 43

Princip měření: Optická emisní spektrometrie je analytická metoda založená na měření viditelného a blízkého ultrafialového záření emitovaného pevným elektricky vodivým vzorkem. Výsledkem měření emisní optické spektrometrie je hodnota koncentrace daného prvku v měřeném vzorku. Naměřená hodnota závisí od intenzity záření emitovaného excitovanými atomy daného prvku. Tato závislost je základem kvantitativní analýzy, kterou můžeme charakterizovat jako stanovení koncentrace prvků přítomných ve vzorku z tzv. kalibračních křivek, které vyjadřují závislost intenzity emitovaného záření příslušné vlnové délky daného prvku od jeho koncentrace ve vzorku. (15) 2.2.4 Způsob posuzování vlivů na kvalitu odlitků Kvalita odlitků byla kontrolována rentgenovou kontrolou. Byla rentgenována oblast vodního prostoru hlav válců. Byl sledován vliv nových pojivových systémů na kvalitu odlitků z hlediska možného výskytu vad typu plynových bublin.

Obr. 2.10 Kontrolovaná oblast vodního prostoru odlitků hlav válců

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 44

3 VÝSLEDKY EXPERIMENTŮ A JEJICH DISKUSE 3.1 Vyhodnocení vlastností jádrových směsí Všechny prováděné zkoušky se třemi dodavateli slévárenských pojivových systémů byly provedeny na jednom typu jádra, tvořícího vodní prostor hlav válců. Byl sledován stávající pojivový systém pro metodu Hot–Box, se kterým byly porovnány nově zkoušené pojivové systémy pro metodu Warm–Box. Cíle, pro které byly prováděny zkoušky s metodou Warm–Box spočívaly ve snížení vytvrzovacích časů (zvýšení produktivity výroby jader), dále ve snížení vývinu plynů a vzniku kondenzátu při nižším dávkování pojivového systému (hledání optimálních manipulačních pevností jader) a ve snížení teplot jaderníků. 3.1.1 Výsledky a zhodnocení provozních zkoušek Dosud používaný pojivový systém pro metodu Hot–Box: Firma Pojivový systém Pojivo A

Tvrdidlo Přísada

Zkoušené pojivové systémy pro metodu Warm–Box:

Firma Pojivový systém Pojivo A

Tvrdidlo Přísada Pojivo

B

Tvrdidlo Přísada

C

Pojivo Tvrdidlo

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 45

Tab. 3.1 Vlastnosti jádrových směsí a používané parametry pro výrobu jader na stávajícím pojivovém systému pro metodu Hot–Box od firmy A

Metoda / Dodavatel Položky: Typ ostřiva Množství ostřiva [kg] Pojivo / Dávkování – [%] z ostřiva Tvrdidlo / [%] z pojiva Přísada / [%] z ostřiva

Hot–Box / A ŠH 32 42 Pojivo Tvrdidlo Přísada

ŠH 30 18

60 1.5 17 0.1

Technologické vlastnosti: 1 2 3 Ø Pevnost v ohybu za tepla [MPa] 3.7 3.9 3.9 3.8 Pevnost v ohybu za studena [MPa] 6.8 6.7 6.8 6.8 Ztráta žíháním z jádra [%] 1.28 1.29 1.29 1.29 Velikost ok sít [mm] 0.090 0.063 pod. Suma Prašné podíly z jádra [%] 0.265 0.104 0.089 0.458 COGAS analýza: Množství plynu celkem [ml] / 100 g 238.04 Množství kondenzátu [g] / 100 g 0.432 Parametry stroje: Vrchní teplota [°C] Spodní teplota [°C] Doba vstřelu [s] Čas odvzdušnění [s] Doba vytvrzování [s] Vstřelovací tlak [bar]

210–235 210–235 4 3 48–55 6

1. Zkouška s pojivovým systémem pro metodu Warm–Box s firmou A Dávkování pryskyřice bylo sníženo o 7 % oproti stávajícímu pojivovému systému. Množství tvrdidla muselo být zvýšeno o 32 %. Jádra šly na tomto pojivovém sytému dobře vyrábět, měly postačující manipulační pevnost. Teploty jaderníku zde byly sníženy, vytvrzovací čas zůstal stejný jako pro metodu Hot– Box.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 46

Tab. 3.2 Vlastnosti jádrové směsi a použité parametry pro výrobu jader na zkoušeném pojivovém systému pro metodu Warm–Box od firmy A


Warm–Box / A ŠH 32 42 Pojivo Tvrdidlo Přísada

ŠH 30 18

60 1.4 25 0.1


190–210 195–210 4 3 55–65 6

2. Zkouška s pojivovým systémem pro metodu Warm–Box s firmou B Bylo sníženo dávkování pryskyřice o 13 % oproti stávajícímu pojivovému systému. Množství tvrdidla muselo být zvýšeno o 43 %. Jádra šla na tomto pojivovém systému dobře vyrábět. Technologické parametry stroje musely zůstat nastaveny jako pro metodu Hot–Box.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 47

Tab. 3.3 Vlastnosti jádrové směsi a použité parametry pro výrobu jader na zkoušeném pojivovém systému pro metodu Warm–Box od firmy B


Warm–Box / B ŠH 32 42 Pojivo Tvrdidlo Přísada

ŠH 30 18

60 1.3 30 0.1


215–235 215–235 4 4 50–55 6

3. Zkouška s pojivovým systémem pro metodu Warm–Box s firmou C Dávkování pryskyřice bylo sníženo o 13 % oproti stávajícímu dávkování. Množství tvrdidla muselo být navýšeno o 15 %. Jádra se dala dobře vyrábět. Pojivo od firmy C je modifikovaná fenolová pryskyřice a tvrdidlo je na bázi kyseliny sírové. Tento pojivový systém je spíše podobný metodě Hot–Box a ne metodě Warm–Box, jak uvádí dodavatel. Systém byl málo reaktivní, čas vytvrzování musel být zvýšen cca o 17 %.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 48

Tab. 3.4 Vlastnosti jádrové směsi a použité parametry pro výrobu jader na zkoušeném pojivovém systému pro metodu Warm–Box od firmy C


Warm–Box / C ŠH 32 42 Pojivo Tvrdidlo

ŠH 30 18

–

60 1.3 20 –


230–235 230–235 4 4 60–65 6

Z každým dodavatelem se hledalo optimální dávkování, které by odpovídalo požadovaným manipulačním pevnostem, které byly stanoveny zkouškami. Optimální manipulační pevnost se pohybuje okolo 3,0 až 3,2 MPa. Manipulační pevnost jader byla snížena oproti manipulačním pevnostem na stávajícím pojivovém systému o cca 16 %.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 49

3.1.2 Grafické porovnání výsledků

Porovnání pevností v ohybu

Pevnost v ohybu [MPa]

8.0 6.8

7.0

6.0

6.0

5.8

5.6

5.0 4.0

3.8

3.4

3.1

3.2

3.0 2.0 1.0 0.0 za tepla

za studena

Čas

HB_A

WB_A

WB_B

WB_C

Graf 3.1 Porovnání pevností v ohybu u jader vyrobených metodou Warm–Box s jádry vyrobenými metodou Hot–Box

V grafu 3.1 je porovnání pevností v ohybu třech zkoušených pojivových systémů pro metodu Warm–Box se stávajícím pojivovým systémem pro metodu Hot–Box. Z grafu 3.1 je vidět snížení pevností v ohybu u třech zkoušených pojivových systémů oproti stávajícímu pojivovému systému. Dále je vidět, že pevnosti za tepla třech zkoušených pojivových systémů byly z hlediska dávkování z optimalizovány na požadované manipulační pevnosti.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 50

COGAS - množství plynů

Množství plynu [ml] / 100 g

260.00

248.36

250.00 240.00

244.59 238.04

HB_A WB_A

230.00

223.81

220.00

WB_B WB_C

210.00 200.00

Dodavatel

Graf 3.2 Porovnání celkového množství vzniklých plynů u jader vyrobených metodou Warm–Box s jádry vyrobenými metodou Hot–Box

V grafu 3.2 je porovnání celkového množství vzniklých plynů z jader vyrobených s pojivovými systémy pro metodu Warm–Box, se stávajícím pojivovým systémem pro metodu Hot–Box. Z grafu 3.2 je vidět, že největší vývin plynů je u jader vyrobených s pojivovým systémem od firmy A, a dále také u jader vyrobených s pojivovým systémem od firmy B. Nejméně plynů vzniká u jader vyrobených s pojivovým systémem od firmy C.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 51

Množství kondezátu [g] / 100 g

COGAS - množství kondenzátu

0.600 0.500

0.555 0.432

0.432 0.396

0.400

HB_A WB_A

0.300

WB_B 0.200

WB_C

0.100 0.000

Dodavatel

Graf 3.3 Porovnání množství vzniku kondenzátu u jader vyrobených metodou Warm–Box s jádry vyrobenými metodou Hot–Box

Jak ukazuje graf 3.3, kde je porovnání množství vzniku kondenzátu všech třech zkoušených pojivových systémů pro metodu Warm–Box, se stávajícím pojivovým systémem pro metodu Hot–Box. Vzniká nejméně kondenzátu u jader vyrobených s pojivovým systémem od firmy A, tj. tam kde byl největší vývin plynů. Naopak je tomu u jader vyrobených s pojivovým systémem od firmy C, kde je nejnižší vývin plynů ale množství kondenzátu je prakticky stejné se stávajícím pojivovým systémem. Z grafu 3.3 je také patrné, že nejvíce kondenzátu vzniká z jader vyrobených s pojivovým systémem od firmy B. Zde nebyl zaznamenán ani pokles vývinu plynů, jak ukazuje graf 3.2.

3.2 Vyhodnocení výsledků z odlévání Z každé zkoušky s optimalizovaným pojivovým systémem pro metodu Warm–Box se vyrobilo 50 ks jader, které byly následně odlity. Během odlévání se sledoval hlavně vznik kondenzátu v kokile. Dále po odjadrování a odstranění nálitků byla na výrobní kontrole sledována průchodnost vodního prostoru kontrolní jehlou. Po výrobní kontrole a apretaci byly odlitky vždy poslány na 100% rentgenovou kontrolu.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 52

3.2.1 Hodnocení vlivů na kvalitu odlitků Na obr. 3.1 je spodní část kokily (kaloty) před začátkem lití. Kaloty jsou otryskány a opatřeny nástřikem. U jader vyrobených metodou Warm–Box byl sledován, v porovnání se stávajícím systémem (obr. 3.2) vznik kondenzátu v oblasti kalot po pěti odlitých odlitcích.

Obr. 3.1 Spodní část kokily (kaloty) před začátkem lití

Při odlévání nepůsobily jádra žádné problémy. Nebyl zaznamenán žádný nadměrný vývin plynů ani vznik kondenzátu u jader vyrobených metodou Warm–Box (obr. 3.3, obr. 3.4, obr. 3.5).

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 53

Obr. 3.2 Kaloty po pěti odlitcích s jádry vyrobenými metodou Hot–Box

Na kalotách na obr. 3.2 není vidět v žádné známky po vzniku kondenzátu.

Obr. 3.3 Kaloty po pěti odlitcích s jádry vyrobenými metodou Warm–Box s firmou A

Na obr. 3.3 nejsou vidět žádné známky po nadměrném tvoření kondenzátu v oblasti, kde je založeno vodní jádro.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 54

Obr. 3.4 Kaloty po pěti odlitcích s jádry vyrobenými metodou Warm–Box s firmou B

Na obr. 3.4 nejsou vidět žádné známky po vzniku kondenzátu v oblasti, kde je založeno vodní jádro.

Obr. 3.5 Kaloty po pěti odlitcích s jádry vyrobenými metodou Warm–Box s firmou C

Na obr. 3.5 nejsou vidět žádné známky po nadměrném tvoření kondenzátu v oblasti, kde je založeno vodní jádro.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 55

3.2.2 Hodnocení vnitřních vad odlitků Na RTG kontrole nebyl u odlitků, kde byly zkoušeny tři typy jader vyrobené metodou Warm–Box zaznamenán žádný výskyt vad typu plynových bublin v oblasti vodního prostoru. Při výrobní kontrole byl problém se zlomenými vodními jádry pouze u odlitků, kde byly použity jádra vyrobené s pojivovým systémem od firmy C. Z 50 odlitků bylo 26 odlitků se zlomenými vodními jádry. Ke zlomení jader došlo v nejtenčích průřezech vlivem metalostatického tlaku taveniny.

3.3 Souvislost mezi změnami vlastností jader a kvalitou odlitků Nové pojivové systémy pro výrobu plášťových jader tvořících vodní prostor hlav válců neměly žádný výrazný vliv na výslednou kvalitu odlitků. Kromě zlomených vodních jader vyrobených s pojivovým systémem firmy C, nebyly zaznamenány žádné jiné změny v porovnání s odlitky, které byly odlity s jádry vyrobenými na stávajícím pojivovém systému.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 56

ZÁVĚR Cílem zkoušek s pojivovým systémem pro metodu Warm–Box bylo dosáhnout zvýšení produktivity výroby jader zkrácením vytvrzovacího času, dále snížení kondenzátu a vývinu plynů při odlévání, dávkování pojivového systému a možnost dosažení nižších teplot jaderníků. Výsledky jednotlivých zkoušek se třemi dodavateli slévárenské chemie byly porovnány se stávajícím pojivovým systémem. Z teoretického studia i praktických experimentů provedených v provozních podmínkám firmy Nemak Slovakia s.r.o. vyplynulo, že: •

Nejlepší výsledky byly dosaženy s firmou A, kde bylo jednak sníženo dávkování a i teploty jaderníku. Dále i technologické vlastnosti jader vykazovaly příznivé hodnoty. Bylo sníženo množství kondenzátu v porovnání se stávajícím pojivovým systémem a došlo k nastavení optimálních manipulačních pevností.

•

U zkoušeného pojivového systému od firmy B nebylo dosaženo kromě snížení dávkování pryskyřice žádných požadovaných cílů. Při Cogas analýze byl zjištěn nadměrný vznik kondenzátu v porovnání se stávajícím pojivovým systémem i s dalšími zkoušenými pojivovými systémy.

•

S pojivovým systémem od firmy C bylo v porovnání s dalšími zkoušenými pojivovými systémy nejvíce sníženo dávkování. Zde ovšem musel být zvýšen čas vytvrzování a po odlití vyrobených jader byl problém se zlomenými vodními jádry. Ani zde nebylo dosaženo žádných výrazných výsledků, které by splňovaly požadované cíle.

U každého zkoušeného pojivového systému pro metodu Warm–Box muselo být zvýšeno dávkování tvrdidla. Příčina, která vedla ke zvýšení tvrdidla spočívá v tom, že nadávkované ostřivo v mísiči obsahuje nadměrné množství prachových částic. Toto se potvrzuje i provedením prašných podílů z jádra, kde je názorně vidět množství částic pod 0,1 mm. Při zvýšeném obsahu prachových částic docházelo při nižším množství tvrdidla pro metodu Warm–Box ke snížení jeho účinku a pojivový systém při vytvrzování v jaderníku byl málo reaktivní. K zvýšení prašných podílů dochází při cestě ostřiva ze sila přes denní silo a přes samotné usazování prachových částic v mísiči. Zde je třeba zajistit řádné odprašování ostřiva při cestě do mísiče. Dále je také třeba vzít do úvahy samotné ostřivo Šajdíkové Humence, kde je třeba chtít po dodavateli ostřivo

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 57

požadované kvality s co nejmenším podílem prachových částic. Tyto zjištěné skutečnosti jsou momentálně jednou z hlavních příčin, že nově zkoušené pojivové systémy pro metodu Warm–Box nesplňují požadované cíle. Ze zjištěných výsledků z provedených zkoušek vyplívá, že momentálně nové zkoušené pojivové systémy pro metodu Warm–Box nejsou vhodné pro zavedení do produkce firmy Nemak Slovakia s.r.o..

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 58

SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ 1. JELÍNEK, P. Disperzní soustavy slévárenských formovacích směsí (Ostřiva). Ostrava: vlastní náklad, 2000. ISBN 80–238–6118–2. 2. RUSÍN, K. Slévárenské formovací materiály. 1. vyd. Praha: SNTL, 1991. ISBN 80–03–00278–8. 3. ADAM, R. Heißhärtende Bindemittel – Einsatz– und Anpassungsmöglichkeiten. Giesserei–Rundschau, 2002, roč. 49, č. 9/10, s. 146–149. 4. JELÍNEK, P. Pojivové soustavy slévárenských formovacích směsí (Chemie slévárenských pojiv). Ostrava: vlastní náklad, 2004. ISBN 80– 239–2188–6. 5. PACÁK, J. Stručné základy organické chemie. Praha: SNTL, 1978. ISBN 04–601–78. 6. MACHO, CH. – PSIMENOS, A. CH. – EDER, G. Heißhärtende Harze nach dem Warm– und Hot–Box–Verfahren – Anforderungen des Marktes und aktuelle Entwicklungen der Fa. Furtenbach GmbH. Giesserei– Rundschau, 2007, roč. 54, č. 1/2, s. 2–11. 7. HORÁČEK, M. Slévárenská technologie I. 2. vyd. Brno: VUT, 1990. ISBN 55–630/1–90. 8. CHRÁST, J. Slévárenská zařízení. 1. vyd. Brno: Akademické nakladatelství CERM, 2006. ISBN 80–7204–455–9. 9. CAREY, P. R. Sand Binder Systems Part XII – Hot Box, Warm Box, and Core Oil. Foundry, 1996, č. 3, s. 31–37. 10. KŘÍSTEK, J. Hot box není ještě zcela mrtev. Slévárenství, 2002, č. 10, s. 374. 11. Materiálové a bezpečnostní listy firmy A. 12. Materiálové a bezpečnostní listy firmy B. 13. Materiálové a bezpečnostní listy firmy C. 14. Zkoušení formovacích a jádrových směsí (metody a postupy). Sborník pro pracovníky pískových laboratoří. Brno: Formservis spol. s.r.o., 2005. 15. MACKO Jozef. Vplyv modifikovania a očkovania na štruktúru a vlastnosti odliatkov z podeutektického silumínu AlSi7Mg0,3. Diplomová práce v oboru „Hutnictví – slévárenství“. Košice: Hutnická fakulta, KMŽaZ. 2007. 95 s. 16. Firemní materiály firmy Nemak Slovakia, s.r.o.. Slovenská republika.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 59

SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ Zkratka/Symbol

Jednotka

S

–

Stupeň stejnorodosti (pravidelnost zrnění).

d50 d75

mm mm

d25

mm

Velikost středního zrna. Průměr oka síta, kterému odpovídá 75 % z celkové hmotnosti ostřiva (po odplavení podílů menších 0,02 mm). Průměr oka síta, kterému odpovídá 25 % z celkové hmotnosti ostřiva

v m0

% g

m1

g

x mz

% g

mp

g

w mv ms

% g g

Popis

(po odplavení podílů menších 0,02 mm). Vyplavitelné látky. Hmotnost vysušeného ostřiva před plavením. Hmotnost vysušeného ostřiva po plavení. Ztráta žíháním. Hmotnost navážky vzorku před žíháním. Hmotnost navážky vzorku po žíhání. Relativní vlhkost. Hmotnost vlhkého vzorku. Hmotnost vysušeného vzorku.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 60

SEZNAM PŘÍLOH Příloha 1 Příloha 2 Příloha 3 Příloha 4

Granulometrický rozbor a vlastnosti ostřiva ŠH 32. Granulometrický rozbor a vlastnosti ostřiva ŠH 30. Povrch a tvar ostřiv Šajdíkové Humence. Teplota vrchní části jaderníku nastavená pro metodu Hot–Box.

Příloha 5 Příloha 6 Příloha 7

Teplota spodní části jaderníku nastavená pro metodu Hot–Box. Teplota vrchní části jaderníku nastavená pro metodu Warm–Box. Teplota spodní části jaderníku nastavená pro metodu Warm–Box.

FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 1

Recommend Documents