Использование фенолформальдегидно-фурановых связывающих в литейном производстве

АННОТАЦИЯ

В работе приведены результаты синтеза и исследования свойств фенолформальдегидно-фурановых связывающих, предназначенных для отечественного стального и титанового литья, применяемых в литейном производстве машиностроения.

Синтезирование и исследование свойств и модифицирование новых фенолформальдегидно-фурановых связывающих типа «фуритол».

Выбор оптимальных типов и количества модификатора и катализатора.

ABSTRACT

The paper presents the results of the synthesis and study of the properties of phenolopharmaldehyde-furan binders intended for domestic steel and titanium casting used in foundry engineering.

Synthesis and study of the properties and modification of new phenol-formaldehyde-furan binders of the “furitol” type.

Selection of optimal types and amounts of modifier and catalyst.

Ключевые слова: литейные связывающие, сополимеры фурфурилового спирта, токсичность, технологичность, стержневая смесь, формовочная смесь, термостойкость, сополимер фенол, формальдегид, карбамид.

Keywords: foundry binders, furfuryl alcohol copolymers, toxicity, manufacturability, core mixture, molding sand, heat resistance, phenol copolymer, formaldehyde, urea.

В настоящее время в литейном производстве широкое распространание получили методы изготовления стержней и форм в нагреваемой и холодной оснастке, что потребовало разработки и создания производства соответствующих классов синтетических связывающих.

Наиболее широкое применение находят фуранокарбамидные связывающие, содержание фурфурулового спирта в которых не превышает 40 %. Фуранокарбамидные связывающие имеют низкую вязкость, легко распределяются на поверхности кварцевого песка, обеспечивая хорошие технологические свойства смесей, а стрежням придают необходимую механическую прочность, достаточную термостойкость связывающего от содержания в нем фурфурилового спирта.

Фурановые связывающие для литейного производства наиболее переспективны по сравнению с другими типами связывающих этого назначения. Они обладают высокой реакционной способностью и термостойкостью, хорошими технологическими свойствами, стержневые смеси на их основе обладают высокими прочностными характеристиками, точно воспроизводят форму оснастки и легко выбиваются из отливок, отливки имеют чистую гладкую поверхность.

В нашей стране фурановые связывающие с большим содержанием фурфурилового спирта не получили распространения в связи с его острой дефицитностью и дороговизной.

Перспективно создание малотоксичного связывающего, модифицированного различными добавками. Применение аналогичного синтетического связывающего в литейном производстве позволяет улучшить санитарно-гигиенические условия труда и утилизировать отходы производства (кварцевый песок), а также сократить расход связывающего в составе песчано-смоляных смесей (ПСС). При этом улучшается качество отливок, исключается образование газовых раковин и тем самым увеличивается производительность литейных цехов.

Следует отметить, что создание новых марок литейных связывающих позволяет интенсифицировать процесс их получения, создать безотходные технологические процессы и утилизовать отходы других отраслей промышленности, а также повторно использовать кварцевый песок.

В развитых капиталистических странах в литейном производстве в качестве связывающего применяют анологичные фенолформальдегидно-фурановые и фуранокарбамидные связывающие, но с большим содержанием фурфурилового спирта (60–90 %) в них.

В отечесивенном литейном производстве фенолформальдегидно-фурановые связывающие (ФФ-1Ф, ФФ-1СМ) применяются в небольшом количестве.

Важнейшей отраслью промышленности, в которой применяются фенолформальдегидно-фурановые связывающие ФФ-1Ф для химической защиты строительных и металоконструкций, является производство азотной кислоты и минеральных удобрений. В литейном производстве энергомашиностроения связывающие ФФ-1Ф применяются для особо ответственного стального литья.

Связывающие ФФ-1СМ предназначаются для изготовления литейных стержней 1–2 класса сложности, отверждаемых в нагреваемой оснастке, и стержней 2–3 класса сложности, отверждаемых в нагреваемой оснастке.

Связывающие ФФ-1СМ также успешно применяются при получении стержней горячего отверждения для стального и чугунного литья.

Фенолформальдегидно-фурановые связывающие – это смеси фенолформальдегидных смол с фурфуриловым спиртом либо продукт кислотной конденсации фенолформальдегидного олигомера с фурфуриловым спиртом (ФФ-1Ф, ФФ-1СМ).

В настоящее время в отечественном и зарубежном литейном производстве широко применяют синтетические связывающие на основе фурфурилового спирта и его сополимеров.

Оптимальное сочетание свойств фенолформальдегидных (доступность и дешевизна, достаточная термостойкость) и фурановых (высокая реакционная способность и термостойкость, лучшие санитарно-гигиенические условия труда с ними) смол в одном связывающем является актуальным и переспективным.

Нами совместно с ВНИИТмашем (г. Волгоград) разработано новое синтетическое фенолформальдегидно-фурановое связывающее «Фуритол-30» (ТУ 6-05-211-1365-84 с изм. № 1). Оно предназначено для изготовления стержней и форм из холоднотвердеющих смесей и для горячих ящиков. Необходимость его разработки вызвана развитием на машиностроительных заводах производства высококачественного стального и чугунного литья на высокомеханизированных автоматических линиях.

«Фуритол-30» обладает высокой связывающей способностью и отличается пониженным содержанием вредных летучих компонентов.

Его высокая связывающая способность позволяет уменьшить содержание синтетического связывающего в составе формовочных и стержневых смесей до 1,3 % (по массе) и снизить газовыделение на всех стадиях изготовления форм, стержней и отливок.

Зарубежным аналогом связывающего «Фуритол-30» является связывающее «Кулкат -741».

В аналогичных условиях на основании наших экспериментальных данных установлено, что связывающее «Кулкат-741» через 0,5 ч отверждения не дает необходимой прочности.

Сравнительные характеристики аналогичных фенолформальдегидно-фурановых связывающих, предназначенных для этих целей, приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Характеристика фенолформальдегидно-фурановых связывающих