A S K Ch e m i c a l s C ze c h s .r.o.
F I R E M N Í P R E Z E N TACE
Materiálové vlastnosti a procesní požadavky při výrobě anorganických jader ASK Chemicals Czech s.r.o., Brno Technologie INOTEC firmy ASK Chemicals se v uplynulých 10 letech od zavedení prosadila ve velkosériové výrobě jader a ve slévárnách vyrábějících hliníkové hlavy válců a klikové skříně procesem nízkotlakého i gravitačního lití jako produktivní a alternativní postup výroby jader. Tato technologie, pro kterou je typická absence zápachu a emise škodlivin, se dále vyznačuje velmi nízkými nároky na čištění a údržbu strojů a nástrojů při násled-
během výroby a skladování jader i v průběhu samotného odlévání. Tato opatření vedou v konečném důsledku k tomu, že je možné zrušit opatření na úpravu vzduchu ve slévárně. Dramatické snížení nároků na čištění a údržbu trvalých kovových forem souvisí s anorganickou povahou látek, které technologie INOTEC využívá, neboť během odlévání nedochází k tvorbě kondenzátů a produktů pyrolýzy. Absence kondenzátů dále vede k rychlejšímu tuhnutí odlitku díky snížené teplotě kovových forem, což přispívá k mechanické pevnosti výsledné struktury kovu. Ekologické výhody této technologie je tedy možné propojit s ekonomickými a technologickými přínosy. Technologie INOTEC je definována jako dvousložkový systém pojiva: složku 1 tvoří tekuté pojivo INOTEC, které je možné popsat jako roztok silikátů alkalického kovu a které má vliv na specifické vlastnosti pískového jádra během výroby (konečná pevnost, tekutost); složka 2 je speciální promotor INOTEC, který je tvořen směsí syntetických a přírodních surovin na plně anorganické produktové bázi (obr. 1). Použití promotoru INOTEC ovlivňuje především mechanické a termofyzikální parametry pískového jádra během výroby (okamžitá pevnost, tekutost), ale také během procesu lití, a tím zajišťuje dodržení přesných rozměrů a vysoké kvality povrchu odlitků.
Tab. I.
je klíčová pro zabudování složek tvořících síťovou strukturu a přispívá také ke zvýšení tekutosti ostřiva formovací směsi a ke zvýšení hustoty pískového jádra. Výroba jader je založena na mechanizmu fyzikálně-chemického vytvrzování. Vložení a zajištění tepelné energie z ohřátých ocelových jaderníků a z ohřívaného suchého tlakového vzduchu vede k odpaření volné vody z roztoku a zároveň ke spuštění chemické polykondenzační reakce, při které vzniká trojrozměrná silikátová síť, která představuje vlastní pevnostní vazbu v pískovém jádru (obr. 2). Současně se specifické složky promotoru INOTEC prostřednictvím povrchové reakce spojí s volnými, nekondenzovanými vazbami OH v rámci třírozměrné silikátové sítě a mohou cíleně ovlivnit mechanické i tepelné vlastnosti pískového jádra. Vytvořené pojivo má gelovou strukturu a v závislosti na průřezu a objemu jádra i na vložené energii při výrobě obsahuje definované množství zbytkové vody. Pokud je tato zbytková voda vytlačena vložením další tepelné energie, ztratí pojivo svou propojovací gelovou strukturu a zkřehne, což vede ke vzniku otěru jádra a k jeho rozlomení. Materiálovými vlastnostmi produktů použitých v technologii INOTEC je tak určen rozsah procesních parametrů i technické požadavky na výrobu: vhodnými opatřeními v oblasti kontroly a zajištění kvality je pak možné zaručit robustní a produktivní technologický proces.
Chemické a fyzikální požadavky na kvalitu křemičitých písků
Ostřivo: křemenný písek (96–97 % pískového jádra) chemická čistota
– zkrácená zpracovatelnost formovací směsi – snížené pevnostní vlastnosti (jíl, vápno) – menší rozpadavost (Al2O3, P2O5, ZrO2)
zrnitost podíl jemné frakce (< 0,125 mm)
– úroveň pevnosti – hloubka drsnosti povrchu odlitku – prodyšnost (cyklus taktu, vady ve formě bublin)
hodnota pH
– ideálně pH = 6,5–7,5 – pH < 6,5: zkrácená zpracovatelnost formovací směsi
Pojivový systém
Obr. 1. Typické složení pojivového systému INOTEC TM
ných procesech lití. Tyto ekologické výhody jsou úzce spjaté s ekonomickými a technologickými faktory, kdy zlepšená dostupnost trvalých kovových forem vede ke všeobecnému nárůstu produktivity i ke zlepšení mechanické pevnosti odlitků. Předpokladem pro úspěšné využití této technologie a jejích ekologických, ekonomických a technických aspektů jsou odpovídající znalosti i zkušenosti s příslušnými materiály a procesy. Hlavní motivaci pro zavedení anorganických pojivových systémů je možné vyjádřit heslem „odlévání bez emisí“. Jedná se o eliminaci škodlivých prchavých sloučenin a emisí
3bodová zkouška pevnosti v ohybu
Pojivo INOTEC s vyváženou viskozitou a částicovou strukturou promotoru Pojivo INOTEC obsahuje aktivní podíl pevných látek od 35 do 55 % na bázi vodného roztoku. Makroskopická viskozita je přitom ovlivněna tímto aktivním podílem pevných látek a jejich nastavenou reaktivitou. Viskozita vyhovuje všem požadavkům během míchání směsi a procesu výroby jader, jako je např. smáčivost povrchu pískových jader a tekutost v rámci časového taktu výroby. Promotor INOTEC obsahuje více než 99,8 % pevných složek. Částicová, tj. prášková konzistence promotoru
„Ve velkosériové výrobě jader a při odlévání procesem nízkotlakého i gravitačního lití se technologie INOTEC prosadila jako produktivní metoda přípravy jader,“ vysvětluje Dr. Christian Appelt, Global Incubator Business Manager pro anorganické směsi ve společnosti ASK Chemicals.
406
– průběh zkoušky podle předepsaného postupu (zjišťování) kvality (místo a čas odběru vzorku, technické vybavení, reprodukovatelnost)
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
Procesní požadavky: od přijetí materiálu až po použití pískových jader s anorganickými pojivy ve slévárenském procesu Křemičité písky, které jsou obvykle používané pro výrobu anorganických jader, musí kromě požadavků na drsnost povrchu odlitků splňovat také specifické chemické a fyzikální parametry (tab. I): vysoká chemická čistota > 99 % SiO2 zaručuje vysokou kompatibilitu s pojivem, naopak nečistoty, jako např. jíly nebo vápenné látky, vedou ke snížené pevnosti pískových jader; velikost frakce a podíl jemných zrn rozhodujícím způsobem ovlivňují propustnost jader pro plyny, takže u jemných křemičitých písků a objemných geometrií jader dochází k prodloužení výrobního taktu a ke zhoršení produktivity. Především kyselé křemičité písky s hodnotou pH < 6,5 vedou obvykle ke snížení životnosti směsi. Klíčovou roli tak hraje určení příslušných rozsahů specifikací a pravidel pro případy, kdy vstupní kontrola přijatého formovacího mate-
