Теоретические сведения о Cold-box-amin-процессе

Теоретические сведения о Cold-box-amin-процессе. Cold-box-amin-процесс разработан в США в 1968 г. фирмой Ashland. Стержневая смесь содержит 100% кварцевого песка, 0,6 0,8% фенольной смолы (СК1), 0,6. 0,8% полиизоцианата (СК2). После уплотнения смеси в ящике пескодувным или пескострельным способом стержень продувается смесью паров низкокипящей жидкости - третичного амина (триэтиламина, диметиламина), с воздухом, и стержень приобретает начальную прочность, которая составляет 60% её конечного значения.

Время продувки 2 5 с, далее 10 20 с стержень продувают воздухом для его очистки от паров амина. Расход катализатора менее 1,5 г на 1 кг стержневой смеси. В результате взаимодействия компонентов связующего в присутствии катализатора (амина) образуется твердый полимер – полиуретан, который и обеспечивает высокую прочность стержня. Для подготовки, дозирования и подачи амина применяют специальные газогенераторы, которые испаряют амин, смешивают его с воздухом и подают в стержневой ящик. Смесь амина с воздухом, после прохода через стержневой ящик, направляется в нейтрализатор, где полностью нейтрализуется разбавленной серной кислотой с образованием водорастворимой соли - сульфата аммония.

Степень очистки воздуха в этой системе близка к 100%. Таким образом, весь тракт подачи амина полностью герметизирован, что обеспечивает безопасность процесса.

При необходимости готовые стержни окрашивают противопригарной краской. В России разработаны и производятся все необходимые для этого процесса материалы, которые прошли экспертные испытания в ФРГ, по качеству они не уступают продукции ведущих европейских и американских производителей, таких как Huttenes Albertus (ФРГ), Ashland (США), Furtenbach (Австрия) и др. Процесс отверждения - полиприсоединение а) полиуретановая смола + полиизоцианат = резольное связующее б) резольное связующее + газообразный амин = полиуретан Реакция между бензильно - эфирной смолой и изоцианатом происходит следующим образом: Бензо-эфирная смола Изоцианат Полиуретан Описание материалов: 1) Бензильно - эфирная смола (орто-фенолный резоль) Смолы, применяемые при процессе Cold-box-amin, являются конденсационного типа. Их изготовляют на основе фенолов и формальдегидов, а затем растворяют в эфирах или углеводородах.

Реакция смол от нейтральной до слабо-кислой.

Растворы смол окрашены по-разному. Их растворимость в воде ограниченная. 2) Изоцианаты Изоцианат, применяемый при процессе Cold-box-amin является смесь из ди-фенил-метановый-4,4 ди-изоцианата (мономера метил – ди изоцианата) и из полимера на основе метил-ди-изоцианата (функциональность полимера не менее чем 2), которые растворены в органической среде. Изоцианаты обычно поставляют в виде жидкостей коричневого или темно-коричневого цвета. 3) Амины В качестве катализаторов при процессе Cold-box-amin применяют следующие амины: - три-етил-амин (ТЕА); - ди-метил-етил-амин (ДМЕА); - ди-метил-изопропил-амин (ДМИА). А также смеси из выше указанных типов с температурами испарения выше 35ºС. Таблица 1 Основные физико-механические характеристики аминов Параметр ТЕА ДМЕА ДМИА Химическая формула (С2Н5)3N C2H5N(CH3)2 (CH3)2CHN(CH3)2 Допустимая рабочая концентрация, мг/м³ 40 25 25 Плотность, г/см³ 0,73 0,68 0,73 Температура кипения, ºС 89 35 64 Температура плавления, ºС -11 -45,5 -27 Предел взрывоопасности нижняя граница верхняя граница 1,6 9,3 0,9 11,2 1 8,1 Температура вспышки, ºС 215 190 190 Классификация по температуре вспышки G3 G4 G4 Классификация по взрывоопасности 2 2 2 Класс опасности В В В Опасность загрязнения вод 1 1 1 Свойства стержневой смеси: 1) Текучесть стержневой смеси отличная. 2) Прочностные характеристики являются функцией весовой доли смолы по отношению к массе песка, а также отношению перемешивания смолы с полиизоцианатом.

Классические смеси с 0,4 0.6 % смолы при отношении смолы : полиизоцианату = 1:1 имеют прочность при сжатии от 3 до 5 МПа причём прочность при огибании (0 ч) не менее 1.5 МПа. 3) Газотворная способность - во время заполнения формы расплавом возможно выделение фенола, бензоля и свободного формальдегида. 4) Живучесть стержневой смеси (в закрытом состоянии) - несколько дней. 5) Выбиваемость: - для отливок из железных сплавов – отличная; - для отливок из алюминиевых сплавов – проблематичная. 6) Значительное влагопоглощение приводит к разупрочнению и повышенной осыпаемости.

Влияние стержневой смеси на качество и металлическую структуру отливки: 1) Возможно образование НСN в поверхностных участках стальных отливок; 2) Возможно образование блестящего углерода; 3) Возможно образование ужимин. Регенерация смеси - термическая или механическая.

Возможно применение разных песков - промытого и сухого хромистого, циркониевого или кварцевого песка с содержанием основных окислов не более чем 1%. Увеличение основности контактной поверхности песчаного зерна приводит к резкому уменьшению прочности стержневой смеси.

Возможно применение противопригарных красок на водяной или алкогольной основе, причём режим окрашивания имеет важное значение.

Состав смеси: 1) 100% песок; 2) 0,4 0,6% полиуретановая смола (жидкое состояние); 3) 0,4 0,6% полиизоцианат (жидкое состояние); 4) 0,05 0,2% амин (газообразное состояние). Экология процесса Разрешённая максимальная рабочая концентрация (МРК) для аминов в Германии очень низкая - 0.0010 0.0025%. Поэтому амино-воздушную смесь в участке машины собирают и отводят в скруббер с подходящей мощностью на очистку.

Из скруббера в атмосферу отводят очищенный воздух.