Māla zaļo smilšu galvenā iezīme ir tā, ka tās ir viegli veidojamas. To var izveidot vēlamajā formā, šokējot un sablīvējot. Turklāt izmantotās izejvielas, piemēram, silīcija smiltis, māls, ogļu pulveris un citas piedevas, ir lētas un bagātīgas. Tāpēc mūsdienu plaukstošajā dažādu liešanas procesu attīstībā māla zaļo smilšu formēšanas procesam joprojām ir absolūtas priekšrocības liešanas nozarē.
Māla zaļo smilšu pamatkomponenti ir silīcija smiltis, bentonīts un ūdens. Māla zaļajās smiltīs, ko izmanto dzelzs lējumu izgatavošanai, ogļu pulveris ir neaizstājama piedeva, kam ir ļoti liela nozīme lējumu virsmas kvalitātes un izmēru stabilitātes uzlabošanā. Slikta ogļu pulvera kvalitāte, nepareiza izvēle vai neatbilstoša pievienošana izraisīs lējumu virsmas defektu (piemēram, smilšu saķeres, poru, izplešanās defektu u.c.) pieaugumu, kas ne tikai palielinās metāllūžņu daudzumu, bet arī palielinās darba slodzi. lējuma tīrīšana.
Pēdējo 30 gadu laikā ir veikts daudz pētījumu, lai atrastu alternatīvus materiālus ogļu pulverim, taču līdz šim ogļu pulveris joprojām ir visplašāk izmantotā piedeva un visrentablākā piedeva.
1．Ogļu atradnes
Ogles ir koalifikācijas produkts ilgā ģeoloģiskā periodā, kad senie augi tika nogulsnēti slāņos un aprakti zem ūdens vai pietiekama ūdens daudzuma apstākļos. Pateicoties dažādām koalifikācijas pakāpēm, to var iedalīt četrās kategorijās: kūdra, brūnogles, bitumena akmeņogles un antracīts. Dažādu veidošanās apstākļu dēļ dažādu ogļu kopējais oglekļa saturs var būt no 49% līdz 97%. Antracītam ir visilgākais mineralizācijas periods, un ogļu pulveris liešanai ir izgatavots no bitumena akmeņoglēm.
Bitumena akmeņogles ir ogles ar augstu koalifikācijas pakāpi, kas pēc sasmalcināšanas ir no pelēcīgi melnas līdz melnai un brūnas līdz melnai. Saskaņā ar atšķirīgo gaistošo vielu un koloīdu saturu bitumena ogles var iedalīt ilgstošas liesmas oglēs, gāzes oglēs, taukoglēs, koksa ogles un liesās ogles.
Ilgstošas liesmas ogles un gāzes ogles ar augstu gaistošu saturu vispirms karsējot veidos nestabilas šķidrās fāzes ar zemu viršanas temperatūru, un pēc tam ātri sadalīsies gāzē un izplūst. Ar atlikušo šķidro fāzi nepietiek, lai atlikušās daļiņas saliptu kopā (nevar koksēt). Liesās ogles ar zemu gaistošo saturu termiski sadaloties var veidot šķidru fāzi ar augstāku viršanas temperatūru, taču daudzums nav liels un ar to nepietiek koksēšanai. Taukoglēm un koksa oglēm ir mērens gaistošu saturs, un tās karsējot var veidot šķidrākas fāzes, kas ir viegli salipušas atlikušās daļiņas (kokss). Ogļu pulveri liešanai galvenokārt ražo no taukoglēm un koksa oglēm.
Dažādas izmaiņas, kas rodas, sildot bitumena ogles
Karsējot bitumena ogles, tās vispirms noņem mitrumu, pēc tam sadalās un izdala gaistošas vielas. Bitumena ogļu sadalīšanos var aptuveni iedalīt četros posmos.
Pirmajā posmā temperatūra ir zem 200 grādiem, tiek noņemts ūdens un izdalās neliels CO2 daudzums. Reakcijas ātrums šajā posmā ir zems.
Otrais posms: 200-350 grāds , papildus tam, ka turpina izdalīt ūdens tvaikus un CO2, sāk izdalīties CO, un tiek nogulsnēts neliels darvas daudzums, ko var uzskatīt par pirolīzes sākumposmu.
Trešais posms: 350-550 grāds , sadalīšanās reakcijas ātrums palielinās, sadalīšanās produkti galvenokārt ir zemas molekulmasas ogļūdeņraži un citi organiskie savienojumi, un šajā posmā pamatā tiek nogulsnēta darva. Bitumena ogles iet cauri arī mīkstināšanas-kušanas-sacietēšanas procesam un tilpuma saraušanās-paplašināšanās-savilkšanas procesam.
Aptuveni 350-390 grādu temperatūrā bitumena ogles pakāpeniski mīkstina un sarūk pēc tilpuma. Pēc tam tas sāk kust, un šķidrā fāze pakāpeniski palielinās, veidojot koloīdu, kas sajaukts ar cietu, šķidrumu un gāzi. Agrīnā stadijā, palielinoties izgulsnētās gāzes daudzumam, koloīda tilpums strauji palielinās. Pēc tam, kad gāzes nogulsnējas zināmā mērā, nokrišņu daudzums strauji samazinās, un attiecīgi samazinās koloīda tilpums. Visbeidzot, koloīds sacietē porainā cietā vielā, ko sauc par puskoksu. Kopumā bitumenogļu tilpuma izmaiņas šajā posmā ir parādītas 1. attēlā. 1. attēls Bitumena ogļu tilpuma izmaiņas karsēšanas laikā
C-Sākotnējais tilpuma samazinājums;
S - sekojošā apjoma palielināšana;
D - kopējais skaļuma palielinājums.
Ceturtajā posmā virs 550 grādiem turpina izgulsnēties dažādas gāzes, tostarp ūdens tvaiki, CO2, CO, H2, metāns, acetilēns un amonjaks, un puskokss tiek pārveidots par koksu.
Trešajā un ceturtajā posmā radītās gāzes var kondensēties uz karstās cietās virsmas, veidojot grafītam līdzīgu plēvi ar augstu oglekļa saturu, ko parasti sauc par gaišo oglekli. No dažādām ogļūdeņražu vielām aromātiskie ogļūdeņraži, visticamāk, tiek pirolizēti, veidojot spilgtu oglekli.
3．Smilšu adhēzijas veidošanās uz tērauda un dzelzs lējumu virsmas
Pēc izkausētā metāla ievadīšanas veidnē starp metālu, veidnes materiālu un atmosfēru veidnē pie metāla un veidnes saskarnes notiks virkne fizikālu, ķīmisku un fizikāli ķīmisku reakciju. Smilšu līmēšana ir viens no šo daudzo reakciju visaptverošajiem rezultātiem. Starp tiem FeO ir ārkārtīgi svarīga loma.
FeO kušanas temperatūra ir aptuveni 1370 grādi, kas ir augstāka par vispārējā čuguna kušanas temperatūru. Tomēr, kad FeO nonāk saskarē ar silīcija smiltīm, ir viegli radīt fajalītu (Fe2SiO4) ar kušanas temperatūru 1205 grādi. Fayalite var radīt divas eitektikas ar SiO2 vai FeO ar kušanas temperatūru aptuveni 1130 grādi. Ja uz smilšu daļiņu virsmas ir māls vai citi sārmaini oksīdi, var veidoties arī silikāti ar zemāku kušanas temperatūru.
Tā kā pats izkausētais metāls satur noteiktu skābekļa daudzumu, tad dzelzs (tērauda) un liešanas procesā šķidruma plūsmu oksidēs atmosfērā esošais skābeklis. To oksidēs arī veidnē esošā atmosfēra, sākoties ievadīšanai pelējuma dobumā. Pēc tam, kad izkausēts metāls nonāk veidnē, metāla un veidnes saskarnē atrodas FeO. Metāla statiskā spiediena galviņas iedarbībā FeO pieķersies smilšu graudu virsmai, veidojot zemas kušanas silikātus ar smilšu graudiem un māliem, un smilšu graudu virsma tiks izkususi. Kad metāls vēl nav sacietējis, zemas kušanas silikāti saskarnes tuvumā tiek iespiesti smilšu veidnes dziļumos. Tā kā spraugas starp smilšu graudiem ir paplašinājušās un uz smilšu graudu virsmas ir silikāti, kurus viegli samitrina izkausētais metāls, izkausētais metāls var iekļūt spraugās starp smilšu graudiem, aptinot tos smilšu graudus, kas nav izkausēti. izkusis, veidojot lipīgas smiltis. Šis process ir aptuveni parādīts 2. attēlā.
2. attēls Skats uz liešanas smilšu adhēzijas veidošanās procesu
a) izkausētais metāls saskaras ar veidnes virsmu, un metāla virsma tiek oksidēta;
b)FeO saskarē ar silīcija smiltīm un māliem veido kūstošus silikātus;