На правах рукописи

Лесив Елена Михайловна

МЕХАНОХИМИЧЕСКАЯ АКТИВАЦИЯ КАОЛИНОВЫХ И

БЕНТОНИТОВЫХ ГЛИН ДЛЯ ФОРМОВОЧНЫХ СМЕСЕЙ И

ПРОТИВОПРИГАРНЫХ КРАСОК

Специальность 05.16.04 – «Литейное производство»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Челябинск – 2007

Работа выполнена на кафедре «Литейное производство» ГОУ ВПО Государственного университета цветных металлов и золота, (г. Красноярск).

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Л.И. Мамина.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

Л.Г. Знаменский;

кандидат технических наук,

А.М. Московенко.

Ведущее предприятие - ЗАО «Сибтяжмаш» (г. Красноярск).

Защита диссертации состоится 28 февраля 2007 г., в 12.00 часов, в ауд. 201 (гл. корп.) на заседании диссертационного совета Д 212.298.06 при Южно-Уральском государственном университете.

Ваш отзыв в двух экземплярах, заверенных гербовой печатью, просим направлять по адресу: 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76, ЮУрГУ, ученый совет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЮУрГУ.

Автореферат разослан « » 2007 года.

Ученый секретарь совета И.А. Щуров

Общая характеристика работы

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Песчано-глинистые смеси для сырых и сухих форм являются универсальными для любых видов литья металлов и сплавов. Они экологически чисты, не содержат дорогих и дефицитных компонентов, а при подборе освежающих материалов легко восстанавливают свои свойства, благодаря чему находятся в постоянном обороте без регенерации. Однако с увеличением содержания глины в смесях увеличивается пригар на отливках, накапливается неактивная глина, что приводит к ухудшению рабочих свойств смесей.

В природном состоянии глины обладают различным кристаллохимическим строением основных минералов: монтмориллонита и каолинита. Высокомарочные каолиновые глины обеспечивают сухим смесям при достаточной прочности и высокую термостойкость, но для сырых форм, особенно для АФЛ, они не обеспечивают формовочным смесям высокую пластичность и прочность. Этим требованиям удовлетворяют качественные бентониты, но кристаллохимическая особенность строения монтмориллонита по составу обменных катионов вызывает необходимость дополнительной активации бентонита с целью перевода его из магниевого и кальциевого в натриевый, что способствует увеличению набухаемости, пластичности бентонита и прочности сырых форм.

В Красноярском крае сосредоточены значительные запасы каолиновых и бентонитовых глин. В настоящее время широко эксплуатируются месторождения каолиновых (Кампановское и Кантатское) и бентонитовой (Черногорское) глин.

Ведутся постоянные исследования и разрабатываются новые технологии подготовки бентонитовых глин с целью повышения их качества и снижения расхода их в составах формовочных смесей, противопригарных покрытий. Однако до настоящего времени не проводились исследования по разработке комплексных способов активации в процессе подготовки глин различными натрийсодержащими соединениями. Поэтому разработка способа механо- и механохимической активации глин Красноярского края является весьма актуальной проблемой, решение которой позволяет изменять энергию, геометрию и состав глинистых частиц; улучшать свойства формовочных смесей и противопригарных покрытий, что в итоге позволяет повышать качество отливок.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Создание управляемых технологий, обеспечивающих повышение качества отливок на основе изучения закономерности влияния механо– и механохимической обработки глин на структуру и свойства песчано–глинистых смесей, противопригарных покрытий.

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ:

– выбрать способы и модифицирующие добавки для активации глин различного кристаллохимического строения в процессе их подготовки;

– исследовать зависимость активности частиц глин по изменению их геометрических и энергетических параметров от режимов активации;

– изучить механизм влияния модифицирующих сложных соединений натрия на структуру и свойства глин;

– опробовать активированные глины в составах песчано-глинистых смесей для сухих и сырых форм;

– опробовать активированные глины в составах водных противопригарных покрытий для чугунного и цветного литья;

– разработать программу для компьютерного анализа качества и расчета геометрических параметров сыпучих зерновых и дисперсных материалов;

– провести производственные испытания активированных глин в составах формовочных смесей и красок на предприятиях Красноярского края.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА:

1. Выявлены зависимости диспергируемости и активности бентонитовых и каолиновых глин от режимов обработки в энергонапряженных мельницах планетарного типа;

2. Установлены зависимости геометрических и энергетических параметров бентонитовых глин от режимов их механохимической активации;

3. Определены зависимости свойств смесей от строения и активности глин; разработаны новые процессы приготовления формовочных смесей с механохимически активированными глинами;

4. Установлена эффективность применения комплексного способа активации по технологии «Изакт-процесс», позволяющего получать активированные глины и формовочные смеси с улучшенными свойствами.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ:

1. Определены рациональные режимы активации глин различного кристаллохимического строения в АГО–2 с варьированием времени активации от 60 до 120 с в атмосфере воздуха при соотношении массы глины и мелющих тел 2:1, и постоянной скорости υ_об=1500 об/мин, позволяющие получать механоактивированые глины с улучшенными свойствами марок КС3(А), КМЗ(А), БМ2Т₂(А) и БП1Т₁(А);

2. Разработан комплексный способ механохимической активации кальциевых и магниевых бентонитов с модифицирующими натрийсодержащими соединениями;

3. Разработан процесс активации бентонита по технологии «Изакт-процесс» в планетарно-центробежной мельнице АГО–2 с применением комплекса натрийсодержащих добавок;

4. Оптимизированы составы формовочных смесей для чугунного литья с механо– и механохимически активированными глинами, что обеспечивает повышение прочности смесей на 15–25 % в зависимости от свойств зернового наполнителя;

5. Разработана технология приготовления универсального активированного водного графито–бентонитового противопригарного покрытия с улучшенными свойствами для чугунного и цветного литья;

6. Разработано методическое и программное обеспечение для комплексной оценки качества сыпучих зерновых, дисперсных материалов и расчета их геометрических параметров на языке программирования Object Pascal в среде разработки Borland Delphi 7.0.

ДОСТОВЕРНОСТЬ И ОБОСНОВАННОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ обеспечена использованием современного оборудования, сертифицированных средств измерения, широкими производственными испытаниями активированных глин и технологических процессов.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Материалы работы докладывались и обсуждались на межрегиональных конференциях «Материалы, технологии, конструкции», г. Красноярск (2001–2005 гг.), 6-м съезде литейщиков, г. Екатеринбург (2003 г.), 7-м съезде литейщиков, г. Новосибирск (2005 г.), на Всероссийской научно–технической конференции «Проблемы машиностроения и новые материалы», г. Красноярск (2006 г.), на Международной научно–технической конференции «Современные технологии освоения минеральных ресурсов», г. Красноярск (2006 г.) и на 4-й Международной научно–практической конференции «Внутривузовские системы обеспечения качества подготовки специалистов», г. Красноярск (2006 г.).

ПУБЛИКАЦИИ. Основные результаты, изложенные в диссертации, опубликованы в 15 работах, в том числе 3 работы входящие в перечень Высшей аттестационной комиссии.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка, содержащего 157 источников и 6 приложений. Основной материал изложен на 112 страницах, включая 31 таблицу и 45 рисунков.