MISKOLCI EGYETEM MŰSZAKI ANYAGTUDOMÁNYI KAR TUDOMÁNYOS DIÁKKÖRI DOLGOZAT 3515 MISKOLC, Egyetemváros
ÖNTÖDEI HOMOK ALKALMAZHATÓSÁG VIZSGÁLATAI, VALAMINT A KÖTŐANYAG CSÖKKENTÉS LEHETŐSÉGE
Készítette: Bejczi Balázs
Konzulens: Császár Csaba, termék mérnök, Nemak Győr Kft. Dr. Tóth Levente, egyetemi docens, Miskolci Egyetem Leskó Zsolt, okl. kohómérnök, Miskolci Egyetem Metallurgiai Intézet Öntészeti Tanszék 2012
Tartalom 1.
BEVEZETÉS ....................................................................................................................... 3
2.
HOMOKREGENERÁLÁS .................................................................................................. 4 2.1
3.
4.
5.
TERMIKUS REGENERÁLÁS .......................................................................................... 4
VIZSGÁLATOK.................................................................................................................. 6 3.1
IZZÍTÁSI VESZTESÉG ................................................................................................... 7
3.2
PH MÉRÉS .................................................................................................................... 8
3.3
ISZAP TARTALOM.................................................................................................... 10
3.4
SZEMCSEMÉRET - ELOSZLÁS .................................................................................... 11
HOMOKKEVERÉK VIZSGÁLATOK ..............................................................................12 4.1
HAJLÍTÓSZILÁRDSÁG MÉRÉS ................................................................................... 15
4.2
GÁZÁTERESZTŐ - KÉPESSÉG MÉRÉS........................................................................ 19
MIKROSZKÓPOS VIZSGÁLAT.......................................................................................22
6. KÖTŐANYAG CSÖKKENTÉS LEHETŐSÉGE HIDEGEN KÖTŐ HASÁB PRÓBATESTEK ESETÉN ........................................................................................................23 7.
ELTÉRŐ ÜZEMI KÖRÜLMÉNYEK SZIMULÁCIÓJA ...................................................25
ÖSSZEFOGLALÁS ...................................................................................................................27 IRODALOMJEGYZÉK.............................................................................................................28 KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS:....................................................................................................29
2
1. BEVEZETÉS Az öntőiparban számos olyan eljárással találkozunk, amelyekkel az öntvénygyártáshoz szükséges magokat és formákat előállíthatjuk. A kokilla- és nyomásos öntés kivételével az összes eljárásnak egy közös tulajdonsága van: segédanyagként homokot igényelnek. Mivel az öntödei homokkeverékek fő alkotója a homok, annak minősége a kötőanyag felhasználás, a tömöríthetőség és az öntvény felületi minősége szempontjából döntő jelentőségű. Napjainkban a magok elkészítéséhez használt új homok beszerzési költsége, a szállítás ára drasztikusan növekszik, aminek következtében az öntödékben folyamatosan kísérleteznek a szakemberek annak reményében, hogy minimalizálják az új homok költségeit. A kísérletek és vizsgálatok célja az üzemen belül használt „széria” homok folyamatos lecserélése egy azonos minőségű, esetleg pozitívabb tulajdonságokkal rendelkező mégis költségkímélőbb (olcsóbb szállítási -, beszerzési költség) homok típusra. Az öntödék számára további cél, hogy regeneráló berendezés működtetésével a használt homokot
üzemen
belül
újrahasznosítsák
úgy,
hogy
a
technológiai
paraméterek
optimalizálásával megfelelő formázóanyag minőséget biztosítsanak. Kutatásaim
során
(homokregeneráláson
két átesett,
különböző
időpontban
osztályozott
homokot
levett értünk)
homok
regenerátumot
vetettem
alá
öntödei
alkalmazhatóság vizsgálatoknak a Nemak Győr Kft. Üzemében, a nyári szakmai gyakorlatom keretében az ott található homok laboratóriumban. Erre azért volt szükség, mert az üzemben alkalmazott homok típusban változás következett be, aminek következtében a későbbi időpontban levett regenerátum, már más típusú homokot tartalmazott. Többek között megmértem a homokminták izzítási veszteségét, iszap tartalmát. Ezek mellett pH mérést és szemcseméret – analízist is végeztem. Továbbá megmértem a rendelkezésemre álló kísérleti maglövő gép segítségével előállított próbatestek hajlítószilárdságát és gáz – átbocsátó képességét. A mérések után diagramokat állítottam össze, ahol összehasonlítottam a két regenerátumot és következtetéseket vontam le az eredményekből. A mérések célja az „új” homok további alkalmazhatósága a termelésben. Dolgozatom második felében a homok - keverékekhez szükséges kötőanyag csökkentésének lehetőségét vizsgáltam, valamint elvégeztem az eltérő üzemi körülmények szimulációját. Utóbbinál olyan homok - keverékeket vizsgáltam, amelyeknél növeltem a hőmérsékletüket, még mielőtt azokat felhasználtuk volna, így szimulálva a téli-nyári hőmérséklet ingadozás hatását a homok keverékekre, és olyan esetet is vizsgáltam, amikor nem csak a hőmérsékletet növeltem, hanem tároltam is a homokkeverékeket és utána készítettem belőle próbatesteket.
3
2. HOMOKREGENERÁLÁS Az öntödei formázóanyagok 30-40%-a műgyantakötésű. Ezen típusú formázóanyagokat csak homokregenerálás útján lehet újrahasznosítani. Az öntödei használt homok regenerálása mind gazdasági, mind környezetvédelmi szempontból nagyon fontos technológia. A nagyobb arányú regenerátum felhasználásával csökkenthető az újhomok- és a depóra kerülő használt homok mennyisége is. Az EU környezetvédelmi irányelvei arra sarkallják az üzemeket, hogy lehetőség szerint hulladékszegény technológiákat dolgozzanak ki, és az üzemen belül keletkező hulladékot minél nagyobb arányban újrahasznosítsák. E tekintetben az öntödei homok értékes alapanyag, amely ciklikusan körbejár az öntödei körfolyamatban. [1] A regenerálás definíció szerint olyan technológia, mely során – az öntést és ürítést követően – a használt homokon lévő maradék kötőanyagot, szennyezőanyagokat eltávolítják, és a formázóanyag rendszer számára újrafelhasználható alapanyagot állítanak elő. Regeneráláskor az a cél, hogy az újhomok minőségéhez hasonló homokminőséget állítsunk elő.[1] 2.1 TERMIKUS REGENERÁLÁS A termikus regenerálás során a használt homokot különféle típusú izzító kemencékben 600900ºC-ra hevítik. Az izzítás hatására az éghető kötőanyagfilmek leégnek a homokszemcse felületéről és füst, hamu, illetve por formájában az égetés alatt, valamint az azt követő légszérezés és hűtés során, megfelelő porelszívó- és ülepítőrendszerekkel eltávolíthatók a homokból. [2] Regenerálás lépései (részletes): A regenerálás során fluidizációs kemencén halad át a homok, leég a szerves anyag (gyanta, gyantamaradék) a homokszemcsék
felületéről. Előmelegítés után a homok bekerül a
regeneráló berendezés égető terébe, ahol alulról gázzal fűtve és egyúttal lebegtetve leég a homok
felületéről a gyanta.
Az első
medencéből „átfolyik” a homok a második,
hűtőcsövekkel ellátott medencébe, ahol lehűl, majd távozik a kemencetér végén kialakított nyíláson. Innen szitálás/osztályozás után a megfelelő szemcseméretű homok a megfelelő homoksilóba kerül. Innen pneumatikus szállítórendszer segítségével szállítják - szükség szerint - a keverők feletti napi tartályba a homokot. Az üzemen belüli homok körforgalmat a következő ábra szemlélteti:
4
új homok
öreg homok
közepes
szeparált öreg homok
f i n o m
kemence
hűtő
osztályozó
osztályozó
finom
napi tároló napi tárolók
köz.
szep
mérleg
keverőés szállító kocsi
maglövő
öntő gép
vissza az öreghomok silóba
1. ábra Homok körforgalom
5
Az a gyanta- és edzőmennyiség, amit a regenerálás során nem tudunk eltávolítani, öntvényhibák kialakulásához vezethet, – ráégés, eresség, gázhólyagosság és penetráció – aminek okozója a nem megfelelően regenerált formázókeverék. Ezeket a hibákat megfelelő formázóanyag
összetétel
biztosításával
lehet
kiküszöbölni,
és
folyamatos
minőségellenőrzéssel (nitrogéntartalom, foszfortartalom, izzítási veszteség, granulometria, pH érték) kell kontrollálni [3] 3. VIZSGÁLATOK Két különböző időpontban levett regenerátumot vizsgáltam, amelyeket „A” regenerátum és „B”
regenerátum névvel fogok
a továbbiakban jelölni.
vizsgálatokban szereplő két regenerátum látható. „A” Regenerátum:
2. ábra „B” Regenerátum:
3. ábra
6
A következő
ábrákon a
3.1 IZZÍTÁSI VESZTESÉG Egyszerű, ugyanakkor nagyon
fontos
mérés.
Ha
az
újrakevert
homok
felületén
gyantamaradványok vannak, egyrészt növelik az öntés során képződő gázok mennyiségét (ezáltal a képződő gáz selejt veszélyét), másrészt megváltoztatja az újonnan felvitt kötőanyag polimerizációs folyamatát, azaz a polimerizáció felgyorsul, így a felhasználási idő rövidül. Mérés kivitelezése: -
A kísérletet az üres tégelyek lemérésével kell kezdeni, majd a tégelyeket meg kell tölteni homokkal és azokat is meg kell
2.ábra
mérni. -
A homokkal teli tégelyeket a már 850 0 C fokra hevített hőn tartó kemencébe (4. ábra) kell tenni 30 percre, majd onnan kivéve
meg
kell
várni,
míg
szoba
hőmérsékletre lehűl. -
Ezek után a tégelyeket újra meg kell mérni.
4. ábra
A kapott értékekből így tudjuk kiszámítani az izzítási veszteséget. -
Az eképpen kapott hányad lesz az izzítási veszteség grammban megadva. Az imént leírt műveleteket a régi széria „A” és az új kísérleti „B” homok regenerátumokkal is elvégeztem.
A kapott értékek a következő táblázatban láthatóak:
Homok minták
Homok-minőség
Izzítási veszteség (g)
„A” regenerátum
regenerált közepes
0,1
„B” regenerátum
regenerált közepes
0,14
1. táblázat
7
Homokregenerátumok izzítási veszteségei
izzítási veszteség (g)
0,3
megengedett maximum
0,25 0,2
0,15 0,1 0,05
0 "A" regenerátum
"B" regenerátum
5. ábra
Igaz,
hogy a „B” regenerátum izzítási vesztesége 0,04-al magasabb, mint az „A”
regenerátumé, azonban ez elhanyagolható különbség, mivel még így sem éri a megengedett mennyiség felét.
3.2 pH MÉRÉS Erre a mérésre azért volt szükség, mert a homok pH-ja hatással van a gyanta kötési mechanizmusára, a kötésszilárdságra. Az a célszerű, ha ennek az értéke 7 körül van. A pH
mérést
potenciometriás
módszerrel
végeztük. A potenciometria az elektrolitba merülő elektród felületén kialakuló potenciál mérésen
alapuló
elektroanalitikai módszer.
[5] A pH meghatározására mérőelektródként üvegelektródot
alkalmaznak,
referenciaelektródnak elektródokat elektromos
másodfajú
használnak. erejéből
a
A pH
galvánelem
6. ábra
kiszámítható,
illetve a pH mérésére szolgáló készülékek mindjárt pH egységekben jelzik a mérési eredményt. A kísérleteim során (6. ábra) asztali pH-mérőműszerrel dolgoztam. 8
Mérés kivitelezése: -
1 főzőpohárba 150 ml desztillált vizet töltünk, majd egy másik mérőpohárba is töltünk 150 ml vizet, de ehhez még 50 g homokot is hozzá öntünk.
-
a homokos vizet 5 percig kell keverni mágneses keverővel, eközben a desztillált vízben benne van az elektróda, így annak pH értékének leolvasása lehetséges.
-
a mágneses keverés után bele kell helyezni a homokos vízbe az elektródát, majd 5 perc után le lehet olvasni az értékét.
A kapott értékek akkor felelnek meg az előírásoknak, ha a desztillált víz és a homokos víz pH érték különbsége előírás szerint nem haladja meg az 1 – et. Az eredményeket a következő táblázatban láthatjuk:
Homok típus
Homok-minőség
pH különbség
„A” regenerátum
regenerált közepes
0,69
„B” regenerátum
regenerált közepes
0,85
2. táblázat
Homokregenerátumok pH érték különbségei megengedett különbség határ
pH érték különbség
1
0,8 0,6 0,4 0,2
0
"A" regenerátum
"B" regenerátum
7. ábra
9
Az eredmény azzal magyarázható, hogy a „B” regenerátumban valószínűleg több a szennyezőanyag (kevésbe tiszta), mint a régebbi „A” széria regenerátum.
3.3 ISZAP TARTALOM A fogalom alatt a homok szemcsék felületéről iszapolással lemosható, iszap jellegű anyagmennyiséget értjük. A nagyon finom szemcsék fajlagos felülete nagyon nagy. Az iszaptartalom növekedése esetén több gyanta szükséges a megfelelő kötésszilárdság
kialakításához.
Ugyanakkor,
az
iszaptartalom
lecsökkenti a szilárdságot, megváltoztatja a pH-t. Ezért fontos megmérni az iszaptartalmát a kísérletben szereplő két homoknak. Mérés kivitelezése: -
600ml – es pohárba 150ml csapvíz engedése és 50 g homok hozzáadása 5 percig forralás várakozás, míg szobahőmérsékletre nem hűl 300 ml – re kiegészítése 5 percig kell keverni mágneses keverővel (iszapolás) 500ml – re kiegészítés 10 percig hagyni kell ülepedni le kell engedni a vizet (a képen látható (8. ábra) eszköz segítségével) újra fel kell tölteni, de most 500ml – re 7 percig hagyjuk ülepedni víz leengedése 500ml – re újra feltöltés csapvízzel
8. ábra
5 percig hagyni kell ülepedni víz leengedése (utolsó leengedés) edény alján lévő homokot szűrőpapírral bélelt tölcséren át kell szűrni (9. ábra) szűrőpapír kiterítése, majd üvegtálra kell helyezni 150 o C kemencében 15 percig szárítás (10. ábra) végül a homok visszamérése
9. ábra
Az eredményeket a következő táblázatban láthatjuk:
10. ábra
Homok típus
Homok-minőség
Iszap tartalom (%)
„A” regenerátum „B” regenerátum
regenerált közepes regenerált közepes 3. táblázat
0,04 0,16
10
A táblázat és a diagram értékeinek különbsége a százalékos értékekből adódik, hiszen a vizsgálatok 50 g homokkal lettek elvégezve.
Homokregenerátumok iszaptartalma "B" regenerátumra megengedett maximum
iszaptartalom (g)
0,15
0,1
0,05
0
"A" regenerátum
"B" regenerátum
11. ábra
Annak ellenére, hogy a „B” regenerátum iszaptartalma regenerátuménak, a „B” megfelel a felhasználási feltételnek.
4x-ese
az
„A”
3.4 SZEMCSEMÉRET - ELOSZLÁS A szitaanalízis több szempontból is fontos. A szemcseméret – eloszlás hatással van a gázáteresztő
képességre, gyantafelhasználásra, az öntvény minőségére (felületi érdesség,
penetrációs hajlam) is. Minél nagyobb és egységesebb a szemcseméret, minél gömbölyűbb, annál kisebb a fajlagos felülete, ezáltal kevesebb kötőanyagra is van szükség és a gázok is szabadabban áramolhatnak a magokon keresztül. Szabványos méretű szitasoron vizsgáltuk (szabványos frakció méretek). Mérés kivitelezése: -
50g homok bemérése
-
5 percig szitálás (12. ábra)
-
mérés
12. ábra
11
homok típus
0,125 0,180
0,180 0,250
0,250 0,355
0,355 0,50
0,50 0,710
0,710<
0
0,8 %
6,6 %
50,3 %
36,6 %
5,7 %
0
0
0,8 %
5,5 %
49,3 %
40,3 %
4%
0
homok-minőség <0,125 regenerált közepes regenerált közepes
„A” regenerátum „B” regenerátum
4. táblázat
Szemcseanalízis 60
Szemcseeloszlás (%)
50
40
30 "A" regenerátum "B" regenerátum 20
10
0
<0,125
0,125 0,180
0,180 0,250
0,250 0,355
0,355 0,50
0,50 0,710
0,710<
Szemcseméret (mm) 13. ábra Az eloszlási görbét nézve megfigyelhető, hogy a szemcseméret eloszlás, szint azonos.
4. HOMOKKEVERÉK VIZSGÁLATOK Bevezetésképpen be szeretném mutatni, hogy mit értünk magkészítés alatt. Az öntvények belső üregeit kiképző homokmagokat különféle meleg-és hideg magszekrényes eljárásokkal, azaz melegen,
vagy
szobahőmérsékleten térhálósodó
műgyantakötésű homokkeverékkel
készítjük. [6] Az üzemben mind a két eljárást alkalmazzák egyaránt, mivel többféle homok 12
magok szükségesek a hengerfejekhez. A nagyobb keresztmetszetű és egyszerű geometriájú magokat hideg magszekrényes eljárással gyártják, ilyenek a szívó, kipufogó, takaró és olajtér magok, míg a kis keresztmetszetű és bonyolult geometriájú magokat meleg magszekrényes technológiával gyártják,[11] ilyenek a víztér és olajcsatorna magok. Ennek megfelelően a kísérleteim során is bemutatom mindkét eljárást a rendelkezésemre álló kísérleti maglövő géppel. A következő képen láthatjuk a kísérleti maglövő gépet (13. ábra) és a kísérletekhez alkalmazott magszekrényeket (14. ábra)
14. ábra 10. ábra
Hajlítószilárdság méréshez
Gázáteresztő képesség méréshez
15. ábra
A kísérletekhez a következő képeken látható darabok előállítására van szükség:
hajlítószilárdság méréshez hasáb próbatest méretei: 22,5 x 22,5 x 185 mm 16. ábra
gázátbocsátó képesség méréshez hengeres próbatest méretei: 50-es átmérő, 50-es magasság 17. ábra
Ahhoz, hogy ezeket a próbatesteket elő tudjuk állítani a következőkre van szükség: 13
-
vizsgálandó homok
-
gyanta
-
aktivátor
Hideg magszekrényes próbatestek előállításának lépései: ____________________________ -
2 kg homokhoz az aktivátor hozzáadása (12 g), majd a gyanta (12 g) egy homokkeverő segítségével (18. ábra)
-
Elsőnek az aktivátort kell hozzá adni és keverni 1 percig, majd a gyantát, amit szintén 1 percig kell keverni
-
Miután össsze lett keverve, be kell tölteni a lövőfejbe, majd ezt beletesszük a maglövő gépbe.
-
Ezt követően a magszekrénybe belövi a homokot [9] a gép,
18. ábra
majd amin gázt fuvatnak át a próbatesten, amely katalizálja a polikondenzációs polimerizációs folyamatot, majd levegővel való átöblítés után ki is lehet venni a kész hasáb darabot -
A folyamatot a következő 19.ábra szemlélteti: amin gáz átfúvatás homok
gyanta
aktivátor
19. ábra
14
Meleg magszekrényes próbatestek előállításának lépései: ____________________________ -
2 kg homokhoz az aktivátor (ami 6 g) hozzáadása, utána a gyanta hozzáadása (ami 30 g volt) egy homokkeverő segítségével (16. ábra), majd a leválasztó (1 g)
-
Elsőként az aktivátort kell hozzá adni és keverni 1 percig, majd a gyantát, amit szintén 1 percig kell keverni, végül hozzá kell adni a leválasztót, mert a meleg hatására beleragadhat a magszekrénybe a próbatest.
-
Miután össze lett keverve, be kell tölteni a lövőfejbe, majd
20. ábra
ezt bel kell tenni a maglövő gépbe. -
Ezt követően a magszekrénybe belövi a homokot, és a sütési idő letelte után ki is lehet venni a kész hasáb darabot
-
A folyamatot a következő ábra szemlélteti: melegnek köszönhető a térhálósodás homok gyanta aktivátor leválasztó
21. ábra
Ezt követően hajlító, vagy másképp nevezve magszilárdságot tudunk mérni. 4.1 HAJLÍTÓSZILÁRDSÁG MÉRÉS A mérést a képen látható
univerzális
mérő
mintadarabokat (22. ábra) is.
15
műszerrel vizsgáltam,
azaz eltörtem a
22. ábra A méréseket különböző tárolási idők mellett végezzük. Ezek a következőek: -
1 perc
-
10 perc
-
60 perc (meleg maglövésnél a minimális tárolási idő)
-
90 perc (hideg maglövésnél a minimális tárolási idő)
-
6 óra (ennyi időn belül kerül felhasználásra a homokmag általában)
-
1 nap (későbbi felhasználás miatt).
Azonos gyantaadagolás esetén a magasabb hajlító szilárdság érték a jobb, mivel kevesebb gyanta szükséges azonos hajlítószilárdság eléréséhez. A következő táblázatban láthatóak a két időpontban vett homokból előállított hasábok átlagos hajlítószilárdságai Cold - Box eljárással készült hasábok esetén: Tárolási idő Próbatestek
1 min
10 min
90 min
6h
24 h
72 h
„A” hasáb
178
223
262
273
291
312
„B” hasáb
194
253
271
285
300
322
5. táblázat
16
350
Hidegmagszekrényes, Homok regenerátumokból előállított hasáb próbatestek hajlítószilárdságai
Hajlítószilárdság (N/cm2 )
300 250 200 "A" hasáb
150
"B" hasáb
100 50 0
1 min
10 min
90 min
6h
24h
72h
Tárolási idő 23. ábra
A diagramot nézve látható, hogy a „B” homokhoz tartozó (piros) görbének magasabbak a hajlító szilárdság értékei és nem elhanyagolható utókeményedés is tapasztalható. Hot - Box eljárással készült hasábok esetén a következő hajlító szilárdság értékeket kaptuk két különböző gyanta esetén: Tárolási idő Próbatestek
1 min
10 min
60 min
6h
24 h
„A” hasáb (HB gyanta 1)
262
332
372
356
330
„B” hasáb (HB gyanta 1)
299
408
413
396
360
„A” hasáb (HB gyanta 2)
248
459
510
527
532
„B” hasáb (HB gyanta 2)
234
546
579
590
556
6. táblázat
17
Hajlítószilárdság (N/cm2)
Meleg magszekrényes, Homok regenerátumokból előállított hasáb próbatestek hajlítószilárdságai (HB gyanta 2) "A" hasáb
"B" hasáb
600 550 500 450 400 350 300
250 200
1 min
10 min
60 min
6h
24h
Tárolási idő 24. ábra
Hajlítószilárdság (N/cm2 )
Meleg magszekrényes, Homok regenerátumokból előállított hasáb próbatestek hajlítószilárdságai (HB gyanta 1) "A" hasáb
"B" hasáb
600 550 500 450 400 350
300 250 200 1 min
10 min
60 min
6h
24h
Tárolási idő 25. ábra
A diagramokat nézve azt látjuk, hogy mindkét gyanta esetében nagyobbak a „B” homokból előállított hasábok hajlítószilárdság értékei.
18
4.2 GÁZÁTERESZTŐ - KÉPESSÉG MÉRÉS A következő vizsgálat a magok gázáteresztő képességére irányult, azaz arra, hogy mennyire képes elvezetni a keletkező gázokat a mag. Minél nagyobb a gázátbocsátó képesség értéke, annál könnyebben tudja elvezetni a gázokat. Mérés kivitelezése: -
próbatestek lövése (14db)
-
gázáteresztő
képesség
mérő
(19.
ábra)
kalibrálása -
mérés
26. ábra Az
eredmények
a
következő
táblázatban
és
diagramon láthatjuk Cold - Box eljárással készült hengeres próbatestek esetén:
Gázáteresztő képesség CB Gyanta
CB gyanta
CB gyanta
homok típus
"A" regenerátum
"B" regenerátum
m
Gk
m
Gk
g
108 m2 /Pa s
g
108 m2 /Pa s
átlag
152,5
583,2
153,4
669,6
max
154,6
620,5
156,3
682,7
min
149,9
559
150,8
638,9
7. táblázat
19
Gázátbocsátó képesség (108 m2/Pa s)
"B" regenerátumból előállított hengeres próbatestek átlagos gázáteresztő képesség értékei hidegmagszekrényes gyanták esetén 680
640
600
560
520
min
átlag
max
27. ábra
Gázátbocsátó képesség (108 m2/Pa s)
680
"A" regenerátumból előállított hengeres próbatestek átlagos gázáteresztő képesség értékei hidegmagszekrényes gyanták esetén
640
600
560
520
min
átlag
max
28. ábra
Az eredményeket látva a „B” homok regenerátumból előállított hengeres próbatestek gázáteresztő képessége lett jobb, azaz könnyebben fogja elvezetni a keletkező gázokat, így csökken a maggáz okozta selejt (gázos, tömítetlen) keletkezésének esélye.
20
Ezt követően megmértem a gázáteresztő képességet Hot - Box eljárással készült hengeres próbatestek esetében is: Gyanta
HB gyanta 1
HB gyanta 1
HB gyanta 2
HB gyanta 2
homoktípus
"A" regenerátum
"B" regenerátum
"A" regenerátum
"B" regenerátum
m
Gk
m
Gk
m
108 m2 /Pa 108 g g s m2 /Pa s 151,8 736,2 149,7 771,7 144,6 153,4 858,4 150,4 793,5 146 149,6 692,4 149,1 752,2 141,1 8. táblázat g
átlag max min
Gk 108 m2 /Pa s 1000,4 1104,4 930,3
m g 144,7 146,2 143,2
Gk 108 m2 /Pa s 925,8 975,5 892
Gázáteresztő-képesség melegmagszekrényes gyanták esetén 1 200
Gázátbocsátó képesség (108 m2/Pa s)
1 000
800
min 600
átlag max
400
200
„B” hasáb (HB gyanta 2)
„A” hasáb (HB gyanta 1)
„B” hasáb (HB gyanta 1) 0
29. ábra
21
„A” hasáb (HB gyanta 2)
A diagramon jól látható, hogy mindkét gyanta esetében (HB gyanta 1, HB gyanta 2) jobbak lettek a gázátersztő – képesség értékei. 5. MIKROSZKÓPOS VIZSGÁLAT A kísérletben szereplő homok regenerátumokat mikroszkópos vizsgálatnak is alávetettem: „A” Regeneárum mikroszkópos felvételei:
30. ábra „B” Regenerátum mikroszkópos felvételei:
31. ábra 22
A képeken is jól látható a lekerekített szemcsealak. Különösen a „B” regenerátum felvételein az éles sarkoktól mentes felület, ezáltal kisebb a fajlagos felület, ami esetében kevesebb kötőanyag szükséges azonos szilárdság eléréséhez. Továbbá látható, hogy a „B” homok regenerátum felvételein több szennyezett szemcse található. Valószínűleg ezért is nagyobb a pH-ja ennek a regenerátumnak. 6. KÖTŐANYAG
CSÖKKENTÉS
LEHETŐSÉGE
HIDEGEN
KÖTŐ
HASÁB
PRÓBATESTEK ESETÉN Laboratóriumi vizsgálataim során kötőanyag csökkentést is vizsgáltam, ami azt jelentette, hogy mind az adagolt gyanta mind az adagolt aktivátor mennyiségét csökkentettem hideg magszekrényes gyanták esetén 0.6%-ról 0.5%-ra. Az eredmények itt láthatóak:
Próbatestek
Gyanta
Tárolási idő
mennyiség 1 min
10 min
90 min
6h
24 h
„B” hasáb
0.6%
194
253
271
285
300
„B” hasáb
0.5%
155
205
211
226
252
9. táblázat
23
Kötőanyag csökkentés 0.6% - ról, 0.5% - ra "B" reg. 0,5%
"B" reg. 0,6%
Hajlítószilárdság (N/cm2 )
350 300
250 200
150 100 50 0 1 min
10 min
90 min
6h
24h
Tárolási idő
32. ábra Az eredményeket összevetve a „A” régi széria homok szilárdsággörbéjével összehasonlítva a következőket tapasztalom:
Összhasonlítás "A" széria regenerátummal Hajlítószilárdság (N/cm2)
350 300 250 200 150
"B" reg. 0,5%
100
"A" reg. 0,6%
50 0
1 min
10 min
90 min
6h
24h
Tárolási idő
33. ábra A diagramon is látható, hogy a 0,5 % „B” regenerátum hajlító szilárdság értékei alacsonyabbak, ebből következik, hogy a termelésben várhatóan csak ennél kisebb mértékben csökkenthető a gyantaadagolás.
24
7. ELTÉRŐ ÜZEMI KÖRÜLMÉNYEK SZIMULÁCIÓJA A
következő
méréseket,
azért
végeztük
el magasabb
hőmérsékletű
homok
illetve
homokkeverék várakoztatás mellett, mivel gyakorlatban homokkeverékekből nem azonnal lőnek magot, valamint nyáron a homok hőmérséklete is magasabb, így szimulálni szerettem volna milyen változások lesznek a hajlítószilárdság értékeiben:
Üzemi körülmények szimulációja "A" regenerátum esetén Hajlítószilárdság (N/cm2)
350 300 250 200
"A" reg. 25oC
150
"A" reg. 40oC
100
"A" reg. 40oC 1h tárolás
50 0
1 min
10 min
90 min
6h
24h
Tárolási idő
34. ábra
Hajlítószilárdság (N/cm2)
Üzemi körülmények szimulációja "B" regenerátum esetén 350 300 250
200 150 100
50 0 1 min
10 min
90 min
6 hour
Tárolási idő "B" reg. 25oC
"B" reg. 40oC
13. ábra
25
"B" reg. 40oC 1h tárolás
24h
A diagramot nézve jól látható, hogy homok hőmérséklet növelés esetén elenyészőek a változások, viszont egy órás tárolási idő mellett már jól látható a hajlító szilárdság értékének csökkenése, mivel itt már előrehaladott a térhálósodás. Egy óránál rövidebb idejű gépállás esetén is indokolt a homokkeverék leengedése, lövőfej tisztítása a gyakorlatban. [8] Az 1 órás tárolási idő csak azért lett választhatva, hogy mérhető legyen a változás. Ezek a mérések alapvetően összehasonlításra szolgálnak: jobb-e a kísérleti gyanta/homok bizonyos szempontok/megközelítés alapján, mint a széria, vagy rosszabb? Ez a vizsgálat csak az anyag kiismerése miatt fontos a gyakorlatban történő kipróbálás előtt.
26
ÖSSZEFOGLALÁS Valós
üzemi problémákkal foglalkoztam: az alaphomokváltás
hatásai,
a regenerátum
tulajdonságai, tárolási idő. Elvégeztem az alaphomok vizsgálatokat, amik az izzítási veszteség, iszaptartalom, pH és szemcseanalízis volt, ezzel összehasonlítva a két homoktípust. A méréseknél a legtöbb esetben hasonló eredményeket kaptam. Az eltérő iszap eredmények ellenére is magasabb a hajlító szilárdság a „B” regenerált homok esetében. Ez azért lehet, mert a „B” homoknak a szemcsealakja gömbszerűbb. A magasabb pH érték a magasabb szennyezőanyag tartalomnak köszönhető a „B” regenerátum esetében. A gázáteresztő képesség mind a meleg magszekrényes mind a hideg magszekrényes próbatestek esetén magasabb volt az új „B” kísérleti homok esetén. Összességében az állapítható meg, hogy helyettesíthető a régi széria „A” homok, de mindenképpen kellő körültekintéssel, fokozott figyelemmel, szükség esetén az új homokhoz hangolva a rendszert, folyamatosan nyomon követve a beérkező homok minőségének alakulását. A kötőanyag csökkentést illetően azt állapítottam meg, hogy a „B” regenerátum esetében a gyanta adagolás csökkentése csak kisebb mértékben lehetséges, mint 0,5%. Végül, de nem utolsó sorban az eltérő üzemi körülmények szimulációjánál azt tapasztaltam, hogy hőmérséklet növelés esetén elenyésző a változás, viszont 1 óra, vagy annál több tárolási idő esetén indokolt a homokkeverék leengedése, lövőfej tisztítása.
27
IRODALOMJEGYZÉK [1] Détári Anikó: Forma – Fém Kölcsönhatásainak vizsgálata, különös tekintettel a formázóanyagok újrahasznosíthatóságára 4.o., 5.o., [2] Bakó Károly: Öntödei formázóanyagok, Műszaki Könyvkiadó, Budapest 1976, 156-157 o. [3]
H.G.
Levelink,
F.P.M.A.
Julien: Penetrations-
und
Lunkererscheinungen
infolge
Wechselwirkung zwischen erstarrendem Gußstück und Form, Giesserei, 1973, 60. Jahrgang, S. 488-495
[4] Öntészeti kézikönyv: Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1985, 308-315, 346-353. [5] http://ttk.pte.hu/analitika/letoltesek/jegyzet/ch03s01.html [6] http://www.csepelmetall.hu/cgi-bin/hun/technologia/magkeszites.php [7] Booth, B., „Sand Properties vs. pH”, AFS Transactions, Vol. 57, pp 210 – 221 (1949) [8] Wesp, S. and Englehardt, W., „Thermal Reconditioning of Core Sand in an Aluminium Foundry: A Contrubition to Environmental Protection”, Trans. AFS, Col. 99 100, p 227 [9] Simmons, C. W. and Leidel, D.S., „The Universal Sand Reclaimer: Eight Years of Experience Processing Furan and ECP Bonded Sands”, Trans. AFS, Vol. 100, p 733 [10] Bailey, I., „Thermal Reclaiming of Furan – Bonded Sands”, Modern Casting, Vol. 83, No. 1, Jan., p 36 (1993) [11] Naro, R. L., Nelson, B. R., „Economics of Modern Core Making Proccess – Cold Box versus Hot Box Techniques,”
28
KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS: Ezúton szeretnék köszönetet mondani mentoromnak, Császár Csabának, a szakmai és vezetői segítségért, és azért, hogy lehetőséget adott a vizsgálatok elvégzésére. Meg szeretném köszönni Kertész Tündének is, aki segített a vizsgálatok létrejöttében. Ezen kívül szeretném még megköszönni Fegyverneki Györgynek, aki lehetővé tette, hogy a Nemak Győr Kft – nél végezzem a vizsgálatokat. Szeretném még megköszönni Dr. Tóth Leventének, mind szakmai, mind emberi támogatását. Emellett, szeretnék köszönetet mondani Leskó Zsoltnak, aki nélkül a szakmai gyakorlatom nem jöhetett volna létre és mindvégig segítette az előrehaladásomat. Végül, de nem utolsó sorban a TÁMOP – 4.2.2/B – 10 / 1 – 2010 – 0008 „A Miskolci Egyetemen
működő
tudományos
képzési műhelyek
programnak.
29
összehangolt
minőségi fejlesztése”
