Het belangrijkste kenmerk van kleigroen zand is dat het gemakkelijk te vormen is. Door schokken en verdichten kan het in de gewenste vorm worden gebracht. Bovendien zijn de gebruikte grondstoffen, zoals kwartszand, klei, steenkoolpoeder en andere additieven, goedkoop en overvloedig aanwezig. Daarom heeft het klei-groen-zandvormproces in de huidige bloeiende ontwikkeling van verschillende gietprocessen nog steeds een absoluut voordeel in de gietindustrie.
De basisbestanddelen van kleigroen zand zijn kwartszand, bentoniet en water. In kleigroen zand dat wordt gebruikt om ijzergietstukken te maken, is steenkoolpoeder een onmisbaar additief, dat een zeer belangrijke rol speelt bij het verbeteren van de oppervlaktekwaliteit en maatvastheid van gietstukken. Slechte kwaliteit, onjuiste selectie of ongepaste toevoeging van steenkoolpoeder zal leiden tot een toename van oppervlaktedefecten van gietstukken (zoals zandhechting, poriën, uitzettingsdefecten, enz.), waardoor niet alleen de schrootsnelheid toeneemt, maar ook de werklast. van gietreiniging.
De afgelopen dertig jaar is er veel onderzoek gedaan naar alternatieve materialen voor steenkoolpoeder, maar tot op heden is steenkoolpoeder nog steeds het meest gebruikte additief en het meest kosteneffectieve additief.
1．Kolenafzettingen
Steenkool is het product van verkoling over een lange geologische periode waarin oude planten in lagen werden afgezet en onder water of in omstandigheden met voldoende water werden begraven. Vanwege de verschillende mate van verkoling kan het worden onderverdeeld in vier categorieën: turf, bruinkool, bitumineuze steenkool en antraciet. Vanwege verschillende vormingsomstandigheden kan het totale koolstofgehalte van verschillende kolen tussen 49% en 97% liggen. Antraciet heeft de langste mineralisatieperiode en steenkoolpoeder voor gieten wordt gemaakt van bitumineuze steenkool.
Bitumineuze steenkool is steenkool met een hoge mate van verkoling, die grijszwart tot zwart is en bruin tot zwart na het breken. Afhankelijk van de verschillende vluchtige stoffen en colloïdeninhoud kan bitumineuze steenkool worden onderverdeeld in lange vlamkool, gaskool, vette steenkool, cokeskool en magere steenkool.
Lange vlamkolen en gaskolen met een hoog vluchtig gehalte vormen eerst veel onstabiele vloeibare fasen met een laag kookpunt wanneer ze worden verhit, en ontbinden vervolgens snel in gas en ontsnappen. De resterende vloeibare fase is niet genoeg om de resterende deeltjes aan elkaar te laten plakken (kan niet cokesen). Magere kolen met een laag vluchtig gehalte kunnen een vloeibare fase vormen met een hoger kookpunt wanneer ze thermisch worden afgebroken, maar de hoeveelheid is niet groot en is niet genoeg om te cokesen. Vette kolen en cokeskolen hebben een matig vluchtig gehalte en kunnen meer vloeibare fasen vormen wanneer ze worden verhit, waardoor de resterende deeltjes gemakkelijk aan elkaar kunnen plakken (cokes). Kolenpoeder voor gieten wordt voornamelijk gemaakt van vette kolen en cokeskolen.
Verschillende veranderingen die optreden bij het verwarmen van bitumineuze steenkool
Wanneer bitumineuze steenkool wordt verhit, verwijdert het eerst vocht, ontbindt het vervolgens en laat het vluchtige stoffen vrij. De ontbinding van bitumineuze steenkool kan grofweg worden verdeeld in vier fasen.
De eerste fase is onder de 200 graden, er wordt water verwijderd en er komt een kleine hoeveelheid CO2 vrij. De reactiesnelheid in deze fase is laag.
De tweede fase: 200-350 graad , naast het blijven vrijgeven van waterdamp en CO2, begint CO vrij te komen en wordt een kleine hoeveelheid teer neergeslagen, wat kan worden beschouwd als de eerste fase van pyrolyse.
De derde fase: 350-550 graden, de snelheid van de ontledingsreactie neemt toe, de ontledingsproducten zijn voornamelijk koolwaterstoffen met een laag moleculair gewicht en andere organische verbindingen, en teer wordt in deze fase in principe neergeslagen. Bitumineuze steenkool gaat ook door het proces van verzachten-smelten-stollen, en het proces van volumecontractie-expansie-contractie.
Bij ongeveer 350-390 graden wordt bitumineuze steenkool geleidelijk zachter en krimpt in volume. Daarna begint het te smelten en neemt de vloeibare fase geleidelijk toe, waardoor een colloïde ontstaat die gemengd is met vaste stof, vloeistof en gas. In het beginstadium breidt het volume van de colloïde zich snel uit door de toenemende hoeveelheid neergeslagen gas. Nadat het gas in zekere mate neerslaat, neemt de hoeveelheid neerslag sterk af en krimpt het volume van de colloïde dienovereenkomstig. Ten slotte stolt de colloïde tot een poreuze vaste stof, halfcokes genoemd. Over het algemeen wordt de volumeverandering van bitumineuze steenkool in deze fase weergegeven in Afbeelding 1. Afbeelding 1 Volumeverandering van bitumineuze steenkool tijdens verhitting
C－Initiële volumekrimp;
S – De daaropvolgende volume-uitbreiding;
D - Totale volume-uitbreiding.
In de vierde fase, boven de 550 graden, blijven verschillende gassen neerslaan, waaronder waterdamp, CO2, CO, H2, methaan, acetyleen en ammoniak, en wordt halfcokes omgezet in cokes.
De gassen die in de derde en vierde fase worden geproduceerd, kunnen condenseren op het hete vaste oppervlak om een grafietachtige film te vormen met een hoog koolstofgehalte, dat gewoonlijk heldere koolstof wordt genoemd. Van de verschillende koolwaterstofsubstanties worden aromatische koolwaterstoffen het meest waarschijnlijk gepyrolyseerd om heldere koolstof te vormen.
3．Vorming van zandhechting op het oppervlak van stalen en ijzeren gietstukken
Nadat het gesmolten metaal in de mal is geïnjecteerd, zal er een reeks fysische, chemische en fysisch-chemische reacties plaatsvinden tussen het metaal, het gietmateriaal en de atmosfeer in de mal op het grensvlak tussen metaal en mal. Zandplakken is een van de veelomvattende resultaten van deze vele reacties. Onder hen speelt FeO een uiterst belangrijke rol.
Het smeltpunt van FeO is ongeveer 1370 graden, wat hoger is dan het smeltpunt van algemeen gietijzer. Wanneer FeO echter in contact komt met kwartszand, is het eenvoudig om fayaliet (Fe2SiO4) te genereren met een smeltpunt van 1205 graden. Fayalite kan twee eutectica genereren met SiO2 of FeO met een smeltpunt van ongeveer 1130 graden. Als er klei of andere alkalische oxiden op het oppervlak van zanddeeltjes zitten, kunnen er ook silicaten met lagere smeltpunten worden gevormd.
Omdat het gesmolten metaal zelf een bepaalde hoeveelheid zuurstof bevat, zal de vloeistofstroom worden geoxideerd door zuurstof in de atmosfeer tijdens het ijzer- (staal-) en gietproces. Het zal ook worden geoxideerd door de atmosfeer in de mal aan het begin van het binnengaan van de malholte. Nadat het gesmolten metaal de mal binnenkomt, bevindt zich FeO op de metaal-malinterface. Onder invloed van de statische metaaldrukkop zal FeO zich hechten aan het oppervlak van de zandkorrels, waardoor laagsmeltende silicaten worden gevormd met zandkorrels en klei, en het oppervlak van de zandkorrels zal worden gesmolten. Wanneer het metaal nog niet is gestold, worden de laagsmeltende silicaten nabij de interface in de diepten van de zandmal geperst. Omdat de openingen tussen de zandkorrels zijn uitgezet en er silicaten op het oppervlak van de zandkorrels zitten die gemakkelijk worden bevochtigd door het gesmolten metaal, kan het gesmolten metaal doordringen in de openingen tussen de zandkorrels, waardoor de zandkorrels die niet zijn gesmolten, worden omhuld en plakkerig zand wordt gevormd. Dit proces wordt grofweg weergegeven in Figuur 2.
Figuur 2 Weergave van het vormingsproces van het gieten van zandhechting
a) Het gesmolten metaal komt in contact met het oppervlak van de mal en het metalen oppervlak wordt geoxideerd;
b) FeO vormt smeltbare silicaten in contact met kwartszand en klei;