A n o r g a n i c ké p o j i v o v é s y s t é m y v h i s to r i i, v s o u č a s n o s t i a b u d o u c n o s t i
AWB Technologie AWB (Anorganische Wasserglasbinder) pro výrobu jader je založena na pojivovém systému na bázi sodného vodního skla. Proces vytvrzování jader je čistě fyzikální dehydratací bez chemické reakce. Proces je vratný (reverzibilní), je tedy možná jednoduchá regenerace směsí. Dehydratace je v kombinaci vyhřívaného jaderníku, vakua a mikrovlnného sušení. Pojivo bylo rozsáhle zkoušeno na Univerzitě Duisburg – Essen a v laboratořích Hydro Aluminium. Technologií AWB bylo vyrobeno mnoho hliníkových odlitků hlav válců gravitačním litím do kokil pro ověření vhodnosti pro sériovou výrobu. Vývoj technologie byl zahájen v roce 1995, v roce 1996 byl podán první patent a v roce 2000 zahájena první sériová výroba hlav válců. V roce 2017 je realizována sériová výroba pro automobilní části (BMW, VW, Mercedes Benz aj.) [17]. Modifikovaný alkalický silikát má sníženou viskozitu, což přináší lepší vstřelovatelnost. Odsáváním vodní páry je umožněno zkrácení času přeměny sol – gel. Dále ještě následuje mikrovlnné dotvrzení jader. Po vychladnutí na teplotu okolí má jádro svou maximální pevnost a lze ho použít k odlití. Výhody této technologie [17]: – zvýšení produktivity; – jádra neobsahují vodu, jsou dobře skladovatelná; – velmi hladké povrchy odlitků; – omezeno riziko vzniku vad způsobených plynem, viz obrázek vývinu plynů (obr. 20); – netvoří se soda, tzn. netvoří se skelná fáze ani při vyšších licích teplotách; – vratnost vytvrzovací reakce (výhoda pro čištění odlitků a regeneraci); – vynikající vytloukatelnost jader; – vyšší pevnosti než u CO2 procesu; – možná kombinace s jednotnou bentonitovou směsí; – při kokilovém odlévání není nutné čištění kokily (nezanáší se kondenzáty); – při odlévání nevznikají žádné škodlivé kouře, emise; – snížené náklady na odsávání a čištění vzduchu; – snížené/žádné náklady na odpady; – jednoduché dávkování tekutého pojiva; – kromě odlitků ze slitin hliníku (obr. 21) se dosahuje velmi dobrých výsledků také u odlitků litinových, ocelových i jiných kovových slitin.
Po mechanické regeneraci zůstává v regenerátu asi 30 % pojiva, je možná úspora pojiva při přípravě nové směsi. Vratná směs se znovu aktivuje přidáním vody do regenerátu a přispěje k pojení nové směsi. Typ pojiva: Příprava: Dávkování: Zhutnění: Vytvrzování: Pevnost:
nízkoviskózní modifikované vodní sklo. dávkový mísič. pojivo 1,5 až 2,5 hm. d. + přísada. vstřelovací tlak 0,3–0,6 MPa. vyhřívaný jaderník 140–180 (200) °C po dobu 10–60 s, mikrovlnné dotvrzení. až 3,5 MPa v ohybu po vychladnutí.
BeachBox® Pojivový systém BeachBox® je anorganický materiál založený na solích, vyvinutý ve dvou generacích jako pojivo LK600 a LK700. Pojivem je práškový MgSO 4 a polymer hydroxy boritan hořečnatý a ve druhé generaci kapalná směs silikátů, sulfátů a anorganických přísad [2]. Typ pojiva: Příprava: Dávkování: Zhutnění: Vytvrzování: Pevnost:
LK 600: MgSO 4 práškový a polymer hydroxy boritan hořečnatý, LK700: kapalná směs silikátů, sulfátů, anorganických přísad. dávkový mísič. LK600 pojivo 2,0 až 3,0 hm. d., voda 1,0 až 2,0 hm.d. na ostřivo, LK700 pojivo 2,5 až 3,5 hm. d. vstřelovací tlak 0,4 až 0,6 MPa. vyhřívaný jaderník 140 až 160 °C po dobu 10–20 s, horký vzduch 80–100 °C. 2,5 až 3,5 MPa v ohybu za studena po 24 h.
Systém s čistým síranem hořečnatým přinášel řadu problémů, zejména s řízením vlhkosti. To vedlo k paralelnímu vývoji pojiva a zařízení, integrovaný systém pojivo–stroj se nazývá BeachBox® proces. Jádrová směs se připravuje v utěsněném mísiči přímo nad vstřelovacím strojem. Při přípravě se jádrová směs ohřívá na teplotu 70–100 °C. V tlakově utěsněném mísiči je zabráněno předčasnému vytvrzení směsí osycháním. Jádrová směs se vstřeluje do jaderníku, který je vyhříván na 130–150 °C a následně dochází k vypařování vody z jádra. Proces vytvrzování se urychluje profukováním směsi v jaderníku horkým vzduchem nebo odsáváním vzduchu z jaderníku. Vyhřívání jaderníku je možné elektricky nebo plynem. Jaderníky jsou hliníkové nebo litinové. Je možné i mikrovlnné vytvrzování. Předností směsi je vysoká tekutost, proto má využitelnost hlavně pro tenkostěnná a složitá jádra. Naopak nedostatkem je nižší pevnost jader. Odjádrování je možné buď za sucha, nebo rozpouštěním ve vodě. Směs je možno regenerovat. Vývoj tohoto pojivového systému byl přerušen [2]. Cast clean Cast clean je pojivový systém vyvinutý na TU Bergakademie Freiberg v Německu. Pojivo je modifikovaný jednokomponentní alkalický silikát (vodní sklo), které obsahuje anorganická i organická aditiva. Vytvrzování probíhá fyzikální cestou (horký jaderník a profukování horkým vzduchem). Pojivo je možno vytvrzovat i chemickou cestou (CO2 proces, ST směsi). Možné jsou kombinace obou postupů. Tato technologie je využitelná pro jádra i formy pro odlévání slitin hliníku, mědi, ale také pro litiny s lupínkovým grafitem a oceli. Nabízí ekonomické výhody, zlepšenou rozpadavost a regenerovatelnost.
S l é vá re ns t v í . L X V . li s to p a d – p ro s in e c 2017 . 11–12
369
JÁ D ROV É A F O R M OVACÍ S M Ě S I
– Výrazně jsou potlačeny emise oxidu uhličitého. – Na kokilách se netvoří žádné nánosy, není nutno je čistit, prodlužuje se životnost nástrojů. – Je možno vyrábět vysoce kvalitní odlitky složitých tvarů. – Kvalita odlitků je srovnatelná a v některých případech dokonce lepší ve srovnání se stávajícími organickými systémy. Jádra vyrobená technologií anorganických pojiv mají potenciál pro další zmenšování rozměrů odlitků při zachování výkonu. – Anorganické pojivové systémy vyžadují investice do nové výrobní technologie, ale na druhé straně přinášejí úspory formou snížení potřeby odsávání, není nutné čisticí zařízení (pračka), nejsou nutné neutralizační roztoky, odpadá likvidace těchto roztoků a úměrně je snížena hladina hluku. Snižují se náklady na čištění kokil a na pomocné materiály. Prodloužená životnost nástrojů přináší také úsporu nákladů. – Ukazuje se, že pracovníci pracující s anorganickými systémy se nechtějí vracet k práci s organickými pojivy. – Výhody související s výrobou a výhody z pohledu životního prostředí dávají těmto technologiím ekonomický smysl.
M . V y ko u k a l – A . B u r i a n – M . P ř e r o v s k á