С.А.Никифоров (Южно-Уральский гос. университет, г. Челябинск, Россия), И.М.Магидсон (ЗАО «Урал ВИМ», г. Челябинск, Россия), С.В. Гуржий (ЗАО «Урал ВИМ», г. Челябинск, Россия)
Запатентован и предложен для широкого применения в литейном и металлургическом производстве новый способ изготовления жидкостекольного связующего (ЖС). Способ отличается высокой скоростью приготовления ЖС: 30…40 мин. Для этого используется подогретая до 60…800С вода и сухой концентрат (СК), поставляемый Челябинской фирмой «Урал ВИМ». Готовится ЖС путем смешиванием СК с водой.
Сухой концентрат (СК) представляет собой гомогенную смесь специально подготовленных ингредиентов, прошедших предварительную высокотемпературную активирующую обработку. СК предназначен для скоростного изготовления жидкостекольного связующего различного состава. В зависимости от химического состава СК подразделяется на несколько марок: СКН – натриевый, СКНК – натриево-калиевый, СКК – калиевый и СККН – калиево-натриевый. СК выпускается и поставляется потребителям для приготовления жидкого стекла с любым силикатным модулем в пределах до 3-х ед. Однако, по желанию заказчика СК может поставляться с более высоким силикатным модулем - до 5 ед. Высокомодульные сорта жидкого стекла представляют значительный интерес для металлургического и литейного производства при использовании в огнеупорных технологиях и для изготовления литейных форм и стержней.
Способ приготовления жидкого стекла из СК является простым и доступен для проведения в любых условиях производства. Для этого необходимо иметь какую-либо емкость и подогретую воду. Жидкое стекло, получаемое и СК, производится простым смешиванием его с подогретой до 60…800С водой. При смешивании с водой ингредиенты СК активно реагируют с ней. При этом происходит самопроизвольный разогрев смеси до 1000С, сопровождаемый интенсивным кипением. Для уменьшения кипения раствора производится его перемешивание. При этом образуется водный коллоидный раствор силиката. Перемешивание раствора лучше всего производить в механических мешалках. Могут также быть использованы автоклавы, которые обычно применяют для приготовления жидкого стекла из силикат-глыбы. Однако при использовании СК для приготовления жидкого стекла автоклав применяется лишь, как агрегат для перемешивания раствора. При этом отпадает необходимость использования перегретого пара под давлением, который обычно применяют в технологии варки жидкого стекла из силикат-глыбы. Продолжительность варки жидкого стекла из СК (т.е. перемешивания раствора) составляет 20…30 минут. После этого делается выдержка для коллоидизации силиката в течение времени охлаждения раствора. Процесс коллоидизации силиката является важным моментом в технологии приготовления жидкого стекла. После интенсивного кипения раствора при смешивании СК с подогретой водой необходима выдержка времени, которая зависит от температуры окружающей среды. В летнее время охлаждение производится на воздухе. Для этого емкость, в которой производилась варка жидкого стекла, накрывается сверху крышкой, чтобы замедлить охлаждение раствора и исключить испарение воды в атмосферу. В зимнее время емкость для приготовления жидкого стекла покрывают снаружи теплоизолирующим покрытием – шлаковатой или глиняной обмазкой. При этом воду, применяемую для приготовления жидкого стекла, предварительно подогревают до более высокой температуры: 90…950С.
Плотность готового жидкого стекла регулируют количеством используемой для приготовления раствора воды. Однако целесообразней первоначально готовить жидкое стекло с высокой плотностью около 1420…1500 кг/ м3, а затем разбавлять его дополнительным количеством воды до требуемой более низкой плотности. При этом разбавление жидкого стекла с высокой исходной плотностью можно проводить водой с любой температурой, но не менее 150С. После разбавления жидкого стекла водой необходимо раствор тщательно перемешать и выдержать 15…20 минут до достижения полной коллоидизации щелочного силиката.
Целесообразно смешивание сухого концентрата с водой проводить из расчета использования полных упаковок СК на заданное количество воды. Это связано с тем, что при транспортировке СК в упаковках происходит сегрегация отдельных компонентов и нарушение равномерности их распределения по объему упаковки. Поэтому при смешивании с водой отдельных частей материала из упаковки может привести к нарушению состава жидкого стекла и его свойств.
В табл. представлены ориентировочные данные по соотношению сухого концентрата и воды из расчета на 15 кг СК, полученные опытным путем при внедрении технологии на ряде предприятий.
Таблица
|
Требуемая плотность готового жидкого стекла, кг/м3 |
Масса сухого концентрата в упаковке, кг |
Количество упаковок сухого концентрата, шт. |
Количество потребной воды на одну упаковку, литр |
|
1500 |
15 |
1 |
15,3 |
|
1450 |
15 |
1 |
18,4 |
|
1400 |
15 |
1 |
21,9 |
|
1350 |
15 |
1 |
24,3 |
В металлургии жидкое стекло, изготавливаемое из СК, нашло применение для заливаемых огнеупорных футеровок крупнотоннажных разливочных ковшей, для заделки литниковых ходов сборных кустов изложниц при сифонной разливке металла, для заделки швов между кирпичами при футеровке печей. Большой положительный опыт в этом направлении накоплен на Ашинском металлургическом заводе при использовании жидкого стекла в мартеновском цехе.
Для изготовления стержней по СО2-процессу в литейном производстве интерес представляет применение калиевых сортов жидкого стекла. Опыт работы показал, что при использовании калиевых сортов жидкого стекла, полученных из СКК и СККН, при использовании технологии СО2-процесса удельный расход углекислого газа сокращается на 30…40%, прочность после упрочнения увеличивается на 15…20%, а выбиваемость стержней из стальных отливок улучшается на столько, что многие стержни удаляются на выбивных решетках.
Для литейного производства более выгодно применять жидкостекольное связующее, получаемое из СК, который можно заказывать большими и малыми партиями. СК может храниться длительное время, а на приготовление жидкостекольного раствора требуется мало времени: от 30 до 40 минут. Имеется возможность использования горячего жидкого стекла, что позволяет сократить его удельный расход и повысить исходную прочность форм и стержней. При этом не требуется использование автоклавного оборудования для приготовления жидкого стекла и связанного с ним пара и электроэнергии, что важно для литейных цехов, работающих на привозном жидкостекольном связующем.
Для цехов, имеющих систему автоклавной варки жидкого стекла из силикатной глыбы, также выгодно применять СК. Для этого можно использовать в целом ту же технологическую цепочку подготовки жидкого стекла, но исключить из нее операции помола силикат-глыбы и применение пара под давлением для автоклава. При этом сохраняется неизменной системы раздачи жидкостекольного связующего.
