2.Кварцевые огнеупорные наполнители формовочных и стержневых смесей: минералогический состав, свойства.

Кварцевые материалы. Кварцевым песок в природном и обогащенном состояниях, различных марок по химическому и зерновому составу, явл-ся самым распространенным наполнителем формовочных и стержневых смесей Кварц - Пылевидный кварц широко применяется в качестве наполнителя в противопригарных покрытиях. Большое внимание уделяется топографии поверхности и её дефектности, присутствию ультрадисперсных фракций на пов-ти зерен, степени полиморфных превращений. Наиболее распространенная разновидность кварца – кремнезем, это пространственный полимер, состоящий из отрицательно заряженных ионов (SiO4). сгруппированных в кремний-кислородные тетраэдры SiO4 группы. На тип полиморфного превращения влияет размер зерна и наличие примесей. Оксиды кварцевого песка распределяются: SiO - 90,0-98,5%. посторонних примесей - 8-10%. В состав кварцевого песка в виде примесей входят минералы: полевые шпаты (MeO'Al2O3'6SiO2). слюды(мусковит K2O3Al2O36SiO2-H2O), окислы железа (магнитный железняк FeO-Fe2O3 ), ильменит (FeO-TiO2), кальцит (CaCO3), магнезит (MgCO3), глинистые минералы н др. Эти минералы, обладая меньшей твердостью, способствуют быстрому накоплению пыли в смесях, снижая ее долговечность. Кроме этого, они имеют низкую температуру плавления и образуют с металлами легкоплавкие соединения, вызывающие образование химического пригара. По характеру распределения зерен кварцевые пески делят на пески с сосредоточенной и рассредоточенной зерновой структурой. К пескам с сосредоточенной структурой относятся пески, если остаток на 3-х смежных ситах составляет не менее 70%. Кварцевые пески с рассредоточенной зерновой структурой, когда на 3-х смежных ситах остается 60-70% навески, делятся на крупные (КРК). средние (КРС). мелкие (КРМ) Если остаток на ситах составляет менее 60%, то пески имеют общую рассредоточенность (КРО). По форме зерен пески разделяют на 3 вида: округлые, полукруглые и остроугольные. Округлая форма зерен позволяет увеличить газопроницаемость и прочностные св-ва смесей, а также снизить расход связующего, влажность и абразивное воздействие на технологическую оснастку. В зав-ти от крупности зерна делят на 8 групп: грубые, очень грубые, крупные,, средние,, мелкие, очень мелкие, тонкие, пылевидные. Существует стандартный набор сит, который состоит из крышки, поддона и стандартного набора ст. Сита отличаются друг от друга размером ячейки. Стандартный набор сит: 1.крышка; 2.сито с ячейками, мм: 2,5; 1.6; 1, 0,63; 0,4; 0.315; 0,2; 0,16; 0,1; 0,063; 0,05; -0,05.

3. Формовочные пески, их химический, минералогический, гранулометрический состав в зависимости от генезиса и способа подготовки, маркировка, достоинства и недостатки как огнеупорного наполнителя смесей.

Происхождение песков и их добыча. Основным материалом, отвечающим требованиям и условиям работы литейной формы, является чистый кварцевый песок, состоящий из зерен Si0₂ опре­деленных размеров и формы. Чистые кварцевые пески редко встречаются в природе; кварцевые пески, как правило, содержат различные примеси, главным образом окислы металлов.

Формовочные пески и глины являются осадочными горными породами. Они образовались в результате последовательного от­ложения минеральных продуктов, выветривания осадков из раз­личных растворов.

Формовочные пески и глины добываются в специальных карь­ерах. Разработка месторождений песков и глины ведется открытым способом. Если песок содержит примеси или имеет неоднородный зерновой состав, то одновременно с раз­работкой карьеров осуществляется обогащение песка.

Обогащение песка часто совмещают с механизацией его до­бычи с помощью гидромониторов и транспортировки песка в виде пульпы. При обогащении песок делят на фракции по размерам зерен в специальных гидравлических классификаторах или ситах.

Влияние происхождения песков на их качество. Лучшие фор­мовочные пески встречаются среди месторождений, при образова­нии которых горные породы длительное время подвергались раз­рушениям и перемещениям. При длительном разрушении остают­ся наиболее стойкие минералы, а под действием перемещений они хорошо рассортировываются и имеют равномерный зерновой со­став. К таким пескам относят пески третичного периода.

Минералогический состав формовочных песков. Главной со­ставной частью формовочных песков является кварц. Кроме него, в состав песков входит ряд других минералов: полевые шпаты, слюда, окислы и гидраты окислов железа, кальцит, рутил, глауко­нит и т. д.

Кварц представляет собой химическое соединение SiO₂ плот­ностью 2,5—2,8 г/см³. Температура плавления кварца 1713°С. Окраска кварца зависит от примесей, содержа­щихся в нем; он может быть бесцветным или серым, желтым, чер­ным и других оттенков.

Полевые шпаты (МеО • А1₂0₃ • 6Si0₂) бывают калиевые (орто­клазы) и натриево-известковые (плагиоклазы). Полевые шпаты имеют меньшую твердость (6—6,5), чем кварц; температура плавления их 1170— 1550°С, термическое расширение при 1000°С до 2,75%.

Слюда имеет большую плотность 2,7—3,2 г/см³, невысокую температуру плавления 1150—1400°С, термическое расширение при 1000°С 1,55%. Слюда ухудшает огнеупорность песка. В при­роде наиболее распространены белая калийная слюда К₂О • ЗАl₂Оз • 6Si0₂ • Н₂0 — мусковит и черная железо-магнези­альная слюда К₂0 • 6 (Mg, Fe) О • А1₂0₃ • 6Si0₂ • 2Н₂0 — биотит.

Окислы железа содержат примеси: 1) гематит Fe₂03, плот­ность 5,0—5,3 г/см³, температура плавления 1560°С, устойчив при окислении; 2) магнитный железняк FeO • Fe₂0₃; плотность 4,9— 5,2 г/см³, температура плавления 1540°С; 3) ильменит FeO • Ti0₂, плотность 4,72 г/см³ и др.

Гидраты окислов железа nFе₂0_зхН₂0. В зависимости от со­держания воды различают несколько разновидностей гидратов окислов железа, которые неустойчивы и при нагревании теряют воду, снижая свойства песка и способствуя образованию легко­плавких силикатных сплавов, вызывающих пригар на отливках.

Карбонаты снижают огнеупорность формовочных песков, а разложение их при нагревании до 500—900°С способствует об­разованию различных дефектов в отливках. В состав песков чаще всего входят кальцит СаС0₃, магнезит MgC0₃, доломит CaC0₃.MgC0₃, сидерит FeC0₃.

Глинистые минералы. В формовочных песках встречается не­сколько глинистых минералов: каолинит, гидрослюды — промежу­точные продукты разложения от слюд к каолиниту, монтморил­лониты.

Химический состав формовочных песков зависит от минера­логического состава и условий образования. Формовочные

пески содержат до 98,5% Si0₂

Зерновой состав — совокупность всех зерен песка — является наиболее важным природным свойством, так как от него зависят технологические свойства формовочных смесей. Совокупность ча­стиц, попадающих по размерам в один интервал, называется фракцией песка или смеси. Фракция с размером частиц в попе­речнике менее 22 мк, независимо от химического состава, назы­вается глинистой составляющей. Совокупность частиц прочих фракций называется песчаной основой. Наибольшее значение имеет величина зерен, а также их форма и поверхность. Кроме этого, на свойства формовочных смесей влияет содержание круп­ных и мелких зерен в общей массе песка.

Размер зерен определяют просеиванием через набор сит. Этот способ называется ситовым анализом; его применяют для разде­ления крупных песчинок на фракции по размерам зерен. Мелкие зерна песка отделяются друг от друга при отмучивании, основан­ном на использовании различной скорости падения зерен в жид­кости. Перед определением зернового состава предварительно отделяют глину, входящую в состав песка, от зерен кварца отмучиванием.

Пески условно разделяются по форме зерен на несколько групп: округлые, полу округлые, остроугольные, осколочные. Степень окатанности (округлости) зерен зависит от ми­нералогического состава песка, характера происхождения и вели­чины зерен. Зерна минералов, обладающих высокой твердостью, например кварц, имеют округлую форму. Минералы пластинчатой формы (слюда, полевые шпаты) раскалываются, теряют свою форму, становясь остроугольными, осколочными.

Поверхность зерен песка может иметь шероховатость, а также быть полностью или частично покрыта оболочкой из другого ве­щества, чаще всего глины. Поверхностная оболочка зерен может иметь различное строение. Состояние поверхности в значитель­ной степени влияет на свойства песка и формовочной смеси.

При маркировке песка на первом месте ставят обозначение класса, на втором – группы и на третьем – категории.