Зеленый песок: введение в его использование в литейном производстве
Введение в зеленый песок и отливки
Зеленый песок представляет собой составную смесь, используемую для литья металлов в литейном ацелях в качестве плесени. Это "зеленый" не по цвету, но принимает прозвище из-за того, что это не "набор", когда металл наливается в него, а он все еще находится в "зеленом" или неизлечимом состоянии. Название происходит от зеленого дерева, то есть древесины, все еще содержащей большое количество воды. Зеленый песок в основном состоит из песка, глины, шлама, антрацита и воды. Личность песочного компонента имеет решающее значение. Литье зеленого песка является простым, надежным и широко используемым методом литья металлов. Зеленый песок не следует путать с зеленью, одним из видов песчаника с зеленоватым цветом, который не используется в литейных приложениях.
Что такое зеленый песок?
Зеленый песок представляет собой смесь, обычно содержащую песок (75 до 85 по массе), бентонит или каолинитглинную глину (от 5 до 11, используется в качестве связующего), воду (2 к 4), шлам (от 3 до 5, действуя в основном в качестве наполнителя) и антрацита (1,<как углеродосодержащая добавка). Сам песок является одним из трех основных типов, в зависимости от литья материала; на основе кремневой накидки, хромита или циркона. Опять же, в зависимости от характера литья материала, другие неорганические соединения могут быть добавлены (1). Поскольку литье имеет дело с высокотемпературными расплавленными металлами/сплавами, высокая емкость тепла имеет решающее значение. Зеленый песок является выгодным из-за его пористой природы, что позволяет газам, производимых в форме, чтобы избежать.
Как это используется?
Кастинг металлов – это шестиступенчатый процесс.
- Узор помещается в песок,
- Форма узора встроена в песок как плесень с помощью колбы,
- Шаблон удаляется,
- Плесень наполнена расплавленным металлом,
- Разрешено охлаждать/затвердеть,
- Наконец, плесень удаляется, оставляя готовый литье.
В процессе литья скрытое тепло от расплавленного металла лечит плесень на месте. Расплавленный металл/сплав наливается в форму сразу после того, как он был уплотнен в форму. После охлаждения литья, плесень может быть удалена (2). Потраченные формы, как правило, измельчаются и повторно используются, особенно если на основе одного из более дорогих видов песка, хотя примечательно, что США и Великобритания отправляют в среднем 500 кг и 250 кг соответственно песка на свалку на каждую тонну литого металла (1). Исследования показали, что отработанный литейный песок может быть повторно использован в производстве бетона (3). Зеленый литье песка используется для широкого спектра литья приложений, от небольших и подробных, до больших форм до 500 кг в размерах.
Преимущества перед другими материалами и процессами
Литье зеленого песка является простым, масштабируемым и устойчивым методом литья металлов. Кастинг сам по себе является тысячелетней техникой (4). В зависимости от выбора песка, процесс может быть невероятно недорогим, особенно если кремнезем является основным компонентом песка из-за его изобилия. Аспекты литья, такие как поверхностная отделка продукта, могут быть легко модулированы размером молоть песка компонента, который также может быть затронуто добавлением "зерновых связующих", как декстрин и патока. Кроме того, добавление этих добавок может повысить свойства съемного. Оксид железа может быть добавлен в зеленый песок в небольших количествах, чтобы предотвратить проникновение металла из-за растрескивания плесени (5). Одним из заметных недостатков использования песка кремнезема типа в качестве основного компонента зеленого песка является потенциал для побега частиц кремнезема во время заливки металла, что может привести к силикозу для литейных рабочих рядом. Зеленые песчаные формы, в небольших масштабах, были произведены с помощью методов 3D-печати (6) с высокой степенью точности и успеха.
Специалист по компонентам формовки зеленого песка
Как уже упоминалось, различные компоненты зеленого песка могут быть изменены, или специфические соединения используется для доставки конкретного результата, или обеспечить зеленый песок, который лучше всего подходит для конкретного металла / сплава, или для улучшения экологических показателей в общем процессе лепки зеленого песка. Два из наиболее распространенных изменений в зеленом песке литья используют хромит типа песка, а также с помощью угольной пыли (антрацит) в смеси.
Угольная пыль
Угольная пыль, или антрацит, быстро становится общей добавкой в процессе лепки зеленого песка. Это углеродосолитная добавка, которая при литейных условиях сгорает и окисляется. Исторически, ведущая добавка в зеленом литье песка, как углеродосоводящий материал, был очень летучих битумного угля, часто называют морского угля. Битуминированный уголь сжигает в плесени при нагревании и высвобождает опасные загрязняющие вещества, такие как бензол, ксилен и толуол. Крайне важно, чтобы битумный уголь заменял одинаково хорошо работающим углеродообразным материалом, но с менее вредным для окружающей среды профилем. Экспериментальное исследование показало, что в лабораторных условиях антрацит и угля низкого класса лигнита (7) выбрасывают значительно меньше опасных загрязнителей, чем битуминированный уголь (8), поэтому можно констатировать, что включение угольной пыли в зеленый песок плесень является выгодным с экологической точки зрения. Отмечается, что литейная промышленность хочет отойти от битумного угля из-за его плохой экологической деятельности (9) и меньшеопасных загрязнителей означает меньше ресурсов, которые должны быть выделены для очистки выхлопных газов литейного в целом.
Использование молотого антрацита уменьшает сгоревшие дефекты, улучшает отделку на поверхности изделия и уменьшает проникновение металла. Возможно, его основным использованием, однако, является предотвращение смачивания. Смачивание это процесс, при котором жидкий металл / сплав прилипает к частицам песка в зеленой песчаной формы, оставляя их на поверхности литой продукта. Хотя во многих случаях, механическая полировка или дальнейшей обработки литой продукт может быть выполнена для удаления странствующих песков, профилактика лучше, чем лечение. Угольная пыль обеспечивает эффективный и недорогой способ достижения этой цели.
Когда плесень нагревается наличием расплавленного металла/сплава, уголь, присутствующий разлагается (сжигает) и выделяет углекислый газ и различные летучие органические соединения. Производство таких уменьшающихся газов тормозит производство оксида железа (в литье железа и стали), которые были гипотезы как промежуточные в производстве "сжечь на" - отложения примесей на поверхности литья (10). Кроме того, из-за уменьшения окружающей среды, слой очень блестящий углерод откладывается на поверхности плесени, предоставляя огнеупорный барьер между расплавленным металлом и песком, тем самым улучшая поверхность отделки (11) и облегчая отливку из Плесень.
Пески хромового типа
Хромит (FeCr2 O4, оксид хрома железа) является неорганическим материалом, наиболее часто используемым в качестве руды в производстве нержавеющей стали; это единственная руда хрома. Как огнеупорный материал в порошкообразной/гранулированной форме, он особенно привлекателен из-за своей стабильности на сильном огне, похвастаться точкой плавления 2150 градусов по Цельсию. Из-за его относительно низкого изобилия (по отношению к кремнезему), это более дорогой песок. Таким образом, хромит используется только в приложениях, требующих высококачественных сплавов, или для производства кернов. Хромит обладает низкой тепловой экспансией и высокой теплопроводностью (12).
Ценится для его использования в качестве зеленого песка для производства тяжелых, секционированных, ферросплавного типа литья, хромит не легко смачивают и, в отличие от кремнезема, является основным в природе (13). Это особенно полезно в производстве высококачественной стали содержания марганца (Hadfield стали), как кремнезем не предлагает те же уровни химической устойчивости (14). Он также широко используется в качестве плесени для литья алюминия.
Хромит формы может быть трудно восстановить и повторного использования, если есть умеренно-высокое количество кремнезема настоящее время, так как это уменьшает его огнеупорность, если хромит стать загрязненными (15). Несмотря на более выгодные свойства по сравнению с кремнеземом, хромит обычно используется в качестве «облицовочного песка» для кремнезема. То есть, где кремнезем песок используется для основной части плесени и хромита используется на стыке зеленого песка и расплавленного металла (16).
Хромит высокой чистоты встречается естественным образом в южной Африке (17). Отмечается, что хромит более низкого качества, например, обезвреженное из других промышленных процессов, не имеет одинакового уровня термомеханической прочности и, следовательно, спекания в процессе литья (18).
Резюме
- Зеленый песок представляет собой смесь материалов, используемых для производства форм для литья металлов
- Обычно состоит из песка, глины, воды и других добавок
- Процесс использования зеленых песчаных форм упругий, масштабируемый и надежный
- Силика является наиболее часто используемым песком
- Хромит является альтернативным песком, который может быть использован, в частности, чтобы воспользоваться его превосходными тепловыми свойствами и там, где требуется химическая устойчивость
- Угольная пыль (антрацит) является добавкой в процессе литья зеленого песка, который имеет лучший профиль экологической производительности, чем то, что он заменяет, и в целом улучшает процесс литья за счет улучшения отделки, сокращения сжигаемых дефектов и устранения Смачивания
Ссылки:
1 С. Далквист и Т. Гутовски, анализ жизненного цикла традиционных методов производства: Отливка песка в 2004 году ASME Международный конгресс и выставка машиностроения, 2004, Анахайм, США
2 M. C. Дзанетти и С. Фиоре, Ресурсы, Сохранение и переработка, 2003, 38, 3
3 Y. Гурей, и др., Управление отходами, 2010, 30, 1705
4 D.G. Махто Кастинг и кастинг процессы, 2017, DOI: 10.2139/ssrn.2776565
5 T. V. R. Rao, Метал Кастинг: Принципы и практика, 2007, New Age International, Нью-Дели
6 Т. Сиварупана и др., Дж.Мануф. Proc., 2017, 29, 211
7 G. Тиль и С. Р. Гизе, Am. Литейный Soc. Trans., 2005, 113, 471
8 J. Wang и F. S. Cannon, Изучение пиролиза углеродососудистых добавок в зеленых песчаных литейных заводах в Сиэтле: Международная конференция по углероду, 2007, Сиэтл
9 В. С. Лафай и С.Л. Нелтнер, Am. Литейный Soc. Транс., 2004, 112, 671
10 Ф. С. Кэннон и др., Энвирон. Sci. Технологий., 2007, 41, 2957
11 C. W. Бут и A. J. Клегг, литейный трейд J., 1982, 152, 864
12 D. Weiss, в основах алюминиевой металлургии, ed R. N. Lumley, Woodhead Publishing, Мельбурн, 2018, ch 5, стр. 159-171
13 J. E. Kogel, N.C. Trivedi, J. M. Barker and S. T. Krukowski (eds.), Industrial Materials and Rocks, 7th ed., 2006, SME Press, Littleton, United States
14 М. Холтцер и др., Дуга. Литейный завод Eng., 2013, 13, 39
15 J. Браун, Справочник Фосеко Ферроус Handyman, 11-й ed., 2000, Баттерворт-Хайнеманн, Оксфорд
16 J. Кэмпбелл, в полном кастинге Справочник, Эд J. Кэмпбелл, Баттерворт-Хайнеманн, Амстердам, 2017, ch 15, стр 911-938
17 Н. Колели и А. Демин, в экологических материалах и отходах,М.Н.В. Прасад и К. Ши (eds.), Академическая пресса, Лондон, 2016, ch 11, стр. 245-263
18 К. Стек и др., Дуга. Литейный завод Eng., 2017, 17, 107
Для отправки комментария необходимо войти на сайт.