О ПЕРСПЕКТИВАХ РЕЦИКЛИНГА БОЯ КВАРЦЕВЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ ОБОЛОЧЕК ЛИТЬЯ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ

Использование для обсыпки кварца в его низкотемпературной модификации создает дополнительные риски при изготовлении форм в части их пониженной трещиностойкости вследствие полиморфных превращений и на практике часто приводит к растрескиванию и даже разрушению отдельных слоев стенки оболочки или формы в целом. Практикуемое во многих литейных цехах предварительное прокаливание обсыпочного материала может несколько снизить негативное последствие опасных полиморфных превращений кварца. Но при этом плавный подогрев форм с целью снижения вероятности их растрескивания, который проводят в опорном наполнителе,  способствует увеличению длительности технологического процесса и дополнительным энергетическим затратам. Среди вариантов снижения вероятности растрескивания и разрушения ОФ в ходе их прокаливания наиболее известны замена пылевидного кварцевого песка, как наполнителя, на диспергированный кварцевый песок полифракционного состава, дистенсиллиманит, пылевидный алюмосиликат, сферокорунд или плавленый кварц. Однако все они достаточно дороги и не соответствуют современным вызовам и требованиям экономии ресурсов в литейно-металлургических производствах. В этой связи обращает на себя внимание керамический бой оболочек стального и алюминиевого литья по выплавляемым моделям на основе кремнезема.

В настоящее время бой отработавших керамических оболочковых форм литья по выплавляемым моделям не используется для рециклинга. Этот материал отправляют в отвал или применяют в качестве опорного наполнителя опок при формовке в них оболочек. Проведенный компонентный химический и фазовый анализ материала показал, что в составе боя керамических оболочек, образующегося после выбивки стальных и алюминиевых отливок из форм, помимо кварца в высокотемпературных фазах тридимита и кристобалита (основа) содержится до 5-10% железа и железной окалины и соответственно 3-5% алюминия и его оксидов. Использование керамического боя оболочек в качестве обсыпочного материала исключает повторное протекание полиморфных превращений кварца при прокаливании и заливке форм, определяющих изменение объема, плотности и смены видов кристаллических решеток материала,  что позволяет повысить трещиностойкость и прочность оболочек и минимизировать брак получаемых отливок. Остаточные железо, алюминий и их оксиды способствуют повышению технологичности литейной формы. Опытно-экспериментальное опробование предложенного варианта рециклинга в условиях действующего производства подтвердило его эффективность.

1. Leushin I.O., L.I. Leushina, A.N. Grachev, Ulyanov V.A. Investment casting: technical solutions to saving of resources. CIS Iron and Steel Review. –2013. – № 1. – pp. 6-8.

2. Леушин И.О., Леушина Л.И., Кошелев О.С. Инновационная технология изготовления оболочковых керамических форм для производства отливок по удаляемым моделям. Черные металлы. –2018. – №5. – С. 25-28.

3. Zhao H. Analysis of recycle and composition of molding shell waste in investment casting. Special Casting and Nonferrous Alloys. – 2005. – Vol. 25. –Issue 1. – pp. 52-54.

4. De Boni, L.A.B., Criveletto V., Camana, M. Laboratory process for the reclaiming of the ceramics mold from the investment casting. Periodico Tche Quimica. – 2013. – Vol. 10. – Issue 19. – pp. 19-23.

5. Carvalho A.C., Raupp-Pereira F., Rodrigues Neto J.B., Novaes De Oliveira A.P. Industrial waste as alternative raw material for the production of refractory ceramic filters. Ceramica. – 2015. – Vol. 61. – Issue 359. – pp. 383-390.

6. Mahrabi H.A., Jolly M.R., Salonitis K. Methods of reducing materials' waste and saving energy in investment casting // TMS Annual Meeting. 6th International Symposium on Shape Casting - TMS 2016: 145th Annual Meeting and Exhibition; United States. 2016. Vol. 2016. pp. 69-76.

7. Borisov V.A., Varentsov V.V., Zhukov A.A., Pochkarev Yu.A. Regeneration of materials used in ceramic molds manufacturing. Litejnoe Proizvodstvo. – 2001. – Issue 11. – pp.18-20.

8. Li J., Li Y., Wang L. Study on technology of iron removal during recycling of shell of investment casting // Advanced Materials Research. 2nd International Conference on Chemical, Material and Metallurgical Engineering, ICCMME 2012; Kunming; China. 2013. Vol. 634-638. Issue 1. pp. 3181-3184.

9. Li J., Li Y., Tan S. Experimental study on separation of valuable refractory aggregate from investment casting ceramic shell waste. China Foundry. – 2016. – Vol. 13. – Issue 4. – pp.243-247.

10. Озеров В.А., Гаранин В.Ф. Литье повышенной точности по разовым моделям. – М.: Высшая школа, 1988. – 87с.

11. Евстигнеев А.И. [и др.] Специальные технологии литейного производства. – М.: Машиностроение, 2012. – 436с.

12. Бетехтин А.Г. Курс минералогии – М.: КДУ, 2007. – 720с.

13. Васильев Л.Л., Танаева С.А. Теплофизические свойства пористых материалов. – М.: Наука и техника, 1971. – 265с.

14. Болдин А.Н., Давыдов Н.И., Жуковский С.С. [и др.] Литейные формовочные материалы: Формовочные, стержневые смеси и покрытия. – М.: Машиностроение, 2006. – 507с.

15. Жуковский С.С., Анисович Г.А., Давыдов Н.И. [и др.] Формовочные материалы и технология литейной формы. – М.: Машиностроение, 1993. – 432с.

16. Иванов В.Н., Казеннов С.А., Курчман Б.С. [и др.] Литье по выплавляемым моделям. – М.: Машиностроение, 1984. – 408с.

17. Дубровин В.К., Кулаков Б.А., Карпинский А.В. Термостойкие керамические формы на основе полифракционных материалов // Труды седьмого Съезда литейщиков России: сб. тр. / Новосибирск: Изд. Дом «Историческое наследие Сибири». 2005. С. 114–118.

18. Чернов Н.М. Перспективные технологические процессы в литье по выплавляемым моделям // Труды седьмого Съезда литейщиков России: сб. тр. / Новосибирск: Изд. Дом «Историческое наследие Сибири», 2005. С. 72–75.

19. Гагин И.Н., Карпович Ю.Ф. Модифицированное связующее на основе щелочного кремнезоля и алюмосиликатный огнеупорный наполнитель для суспензий литья по выплавляемым моделям. Литейщик России. – 2003. – №6. – С.33-34.

20. Дьячков В.Н., Парамонов А.М., Никитин К.В., Нуждин Г.С. Совершенствование технологии получения стальных отливок ответственного назначения литьем по выплавляемым моделям с целью повышения их качества. Литейщик России. –2013. – №10. – С. 36-38.

21. Савельев Ю.Н., Грибанов А.С., Щетинин А.А., Сушко Т.И. Совершенствование метода ЛВМ при изготовлении крупных стальных отливок // Труды седьмого Съезда литейщиков России: сб. тр. / Новосибирск: Изд. Дом «Историческое наследие Сибири», 2005. С. 79-85.

22. Лесников А.К., Фоломейкин Ю.И., Угадчикова Л.В. Повышение эффективности производства в литье по выплавляемым моделям при использовании материала «Экосил-мелур». Литейщик России. – 2005. – №4. – С. 43-45.

23. Танкелевич Б.Ш., Демидова А.А., Абадаев А.В. Факторы заполняемости оболочковых форм из плавленого кварца. Литейное производство. – 1979. – №4. – С. 17-18.

24. Ахметов Г.Ш. Влияние некоторых факторов на качество литья по выплавляемым моделям. Литье по выплавляемым моделям в приборостроении. –1973. – Вып. 2. – С. 10-12.

25. Тимофеев Г.И., Евстигнеев А.И. Использование отработанной смеси при изготовлении форм по выплавляемым моделям. Литейное производство. – 1980. – №3. – С. 21-22.

26. Пат. 2547071 RU. Способ изготовления керамических оболочек для литья по удаляемым моделям / Леушин И.О., Леушина Л.И., Грачев А.Н.; заявл. 22.10.2013; опубл. 10.04.2015. Бюл. №10.