Хромитовый песок нового поколения

Янв 26, 2022
Технологии и наука

Рис. 1: Завод по обогащению хрома на комплексе Бушвельд в Южной Африке, где перерабатываются хромитовые пески семейства CastTherm

Семейство хромитового песка CastTherm представляет собой встречающийся в природе субугловатый хромитовый агрегат, добываемый в сердце комплекса Бушвелд в Южной Африке в сотрудничестве с Rand York Minerals. Эти хромитовые пески нового поколения стали популярными для различных сплавов из-за доступного распределения фракций и среднего числа зерен.

Рис. 2: Спирали в промывочной установке, используемые для сортировки хромового песка на комплексе Бушвельд в Южной Африке

CastTherm Sand является рекомендуемым решением для формовочных работ, где важны высокая теплопроводность, термостойкость, стабильность размеров и чистота поверхности отливки. Эти распределения хромитового песка поддерживают производство отливок с различными применениями сплавов, поскольку они действуют как «холод» (также известный как термическая стойкость). Результирующее распределение хромитового песка на сетке влияет на многие литейные применения, включая внешний вид поверхности отливки, уровень связующего Требования и общая производительность.

Рис. 3: Сушилки с хромитовым песком на комплексе Бушвельд в Южной Африке

За последние 10 лет в производстве литья резко возрос спрос на сложные конструкции и формы, чтобы удовлетворить постоянно меняющиеся требования клиентов. Наличие многоситового классифицирования CastTherm Sands удовлетворило эту потребность. Таблица 1 представляет эти хромитовые пески нового поколения. (На рисунках 1, 2 и 3 показано производство CastTherm.)

Таблица 1: Распределение фракций в CastTherm

Для марки	AFS-GFN*	№ сита	Преобладающие фракции
CastTherm 45	44-52	5	50, 70
CastTherm 60	58-66	4	50, 70, 100
CastTherm 80	76-84	4	70, 100, 140

* — AFS-GFN (AFS GRAIN FINENESS NUMBER или номер крупности песка AFS). AFS-GFN является одним из средств измерения крупности песка, такого как хромитовый песок. GFN является мерой среднего размера частиц или зерен песка. Слишком мелкий песок (более высокий GFN) может создать низкую газопроницаемость смеси и привести к газовым раковинам. Слишком крупный песок (более низкое значение GFN) может создать высокую проницаемость и привести к проблемам с проникновением металла в форму, что приводит к шероховатости поверхности и образованию пригара.

Распределение хромитового песка CastTherm для соответствия требованиям формовки и изготовления стержней начинается с традиционного применения литейного производства сталелитейных заводов. Хромитовый песок постоянно применяется в литейных цехах с 1960-х годов, как показано на рисунке 4.

Исследование хромитового пека при спекании

Рис. 4: Поскольку поведение хромитового песка при спекании оказывает большое влияние на процесс литья металлов, были проведены обширные исследования, чтобы узнать больше о важности содержания кремнезема

Продукт CastTherm 45 представляет собой традиционный материал, используемый сталелитейными заводами для изготовления литейных форм и стержней, где решающее значение имеют высокая теплопроводность, термостойкость, высокая стабильность размеров и чистота поверхности отливки. В дополнение к этим характеристикам песка CastTherm в сталелитейном производстве важно понимать поведение характеристик спекания хромитового песка.

Различные термины уже давно связаны с поведением при спекании: «огнеупорность» имеет более широкое значение по сравнению с «плавкостью». В то время как плавкость объясняется как температура размягчения или плавления, огнеупорность относится к температуре, при которой материал начинает терять свою форму.

Тугоплавкость наблюдается в несколько стадий в диапазоне температур. Поэтому спекание материала характеризуется изгибом и усадкой. Но это явление не имеет места при температуре плавления. Огнеупорность лучше объясняется поведением материала при спекании, а не его температурой плавления. Температура спекания продуктов CastTerm превышает 1200°C.

Поскольку поведение хромитового песка при спекании оказывает большое влияние на процесс литья металлов, во многих частях мира были проведены обширные исследования спекания. Основным элементом интереса исследователей является содержание кремнезема. Важно отметить, что при химическом анализе хромитового песка содержание кремнезема обычно указывается как SiO₂.

Содержание кремнезема, связанное с характеристиками спекания, на самом деле представляет собой не SiO₂, а ряд силикатов с низкой температурой плавления, которые встречаются в природе в месторождениях полезных ископаемых, включая энстатит, анортит и флогопит. Имея это в виду, определенные уровни алюминия и кальция могут помочь определить различные типы силикатов с более низкой температурой плавления. В результате всесторонних оценок исследований было установлено, что желаемый уровень SiO₂, измеренный при химическом анализе хромитового песка, составляет максимум 1,0%.

Химические свойства, перечисленные в Табл. 2, основаны на анализе содержания SiO₂ в хромитовых песках CastTherm. Пески CastTherm не превышают максимальное пороговое значение 1,0%.

Таблица 2: Химический состав CastTherm

Для марки	CastTherm 45	CastTherm 60	CastTherm 80
Элемент	Типичный химический состав, %
Cr₂O₃	46,81	45,73	45,4
SiO₂	0,81	0,88	0,86
FeO	25,99	25,63	28,40
Al₂O₃	13,2	14,8	14,5
MgO	8,98	10,09	10,25
CuO	0,15	0,2	0,6
Соотношение Cr/Fe	1,6:1	1,6:1	1,4:1

Кроме того, в табл. 3 показано сравнение тепловых свойств различных типов песка.

Таблица 3: Физические свойства различных песков

Наименование показателя	Кремниевый песок	Оливиновый песок	Хромитовый песок	Цирконовый песок
Цвет	От белого до желто-коричневого	Зеленый	Черный	От белого до бледно-коричневого
Твердость по шкале Мооса	7,0	6,5-7,0	5,5	7,5
Удельный вес	2,65	3,2-4,8	4,4-5,2	4,6
Температура плавления, (F)	3090	2550	3960	4620
Теплопроводность	низкая	средняя	отличная	средняя
Тепловое расширение	1,8	0,8	0,5	0,3

Материалы распределения фракций CastTherm 60 и 80 имеют более широкий спектр применений в литейном производстве и сплавах, чем CastTherm 45. Склонность хромитового песка к охлаждению на границе раздела металла литейной формы, более высокая теплопередача и огнеупорные характеристики песка CastTherm 60 и 80 имеют естественная корреляция с улучшенной отделкой поверхности.

Возможности литья и изготовления стержней улучшились, чтобы удовлетворить спрос на сложные конструкции и формы отливок, требуемые покупателями отливок. При формовании в сыром песке песок CastTherm будет эффективно смешиваться с подготовленным песком на основе бентонита. По мере роста спроса на различные сплавы потребуются дополнительные добавки к сырому песку для разработки желаемых смесей сырого песка. Поскольку в литейных цехах требуются как формовочные работы с сырым песком, так и применение в стержневых смесях, было доказано, что песок CastTherm работает с большинством доступных в настоящее время смоляных систем. Распределение песка CastTherm на сите влияет на процентное содержание смолы и катализатора/со-реагента. (См. Таблицу 4 о физических свойствах песка CastTherm.)

Таблица 4: Физические свойства CastTherm

Наименование показателя	CastTherm 45	CastTherm 60	CastTherm 80
Цвет	Темно-серо-черный
pH	8,19	8,19	8,19
Влажность, %	0,05	0,05	0,05
Мутность, (FTU)	162	162	162
Форма зерна	субугловая	субугловая	субугловая

Возможность смешивать пески CastTherm с другими формовочными смесями/заполнителями будет способствовать применению различных сплавов на литейных заводах. Распределение фракций, найденное в материалах CasTherm 60 и 80, было бы предпочтительным при рассмотрении сегрегации песка как возможности, как это часто предлагается в исследованиях, опубликованных и представленных за последнее десятилетие. В частности, многочисленные публикации на конференциях предполагают, что:

- - Качество металлических отливок связано с высокотемпературными характеристиками используемых огнеупорных заполнителей.
  - Формовочные заполнители, объем которых не меняется быстро из-за фазовых превращений, обеспечивают более предсказуемые размеры конечной отливки.
  - Уменьшение этих быстрых изменений снижает поверхностную деформацию на поверхности формы и уменьшает связанные с этим дефекты.
  - Доказано, что использование песчаных смесей недорогого кварцевого песка с более дорогими специальными песками позволяет улучшить качество литья без связанных с этим высоких затрат на 100% стержни из специального песка.

Хромитовый песок CastTherm предлагает полный спектр распределений песка, которые специально добываются и обрабатываются для удовлетворения будущих потребностей литейного производства, а также для поддержки требований к проектированию отливок.