Savivihreän hiekan pääominaisuus on, että se on helppo muotoilla. Se voidaan tehdä haluttuun muotoon iskuilla ja puristamalla. Lisäksi käytetyt raaka-aineet, kuten piihiekka, savi, kivihiilijauhe ja muut lisäaineet, ovat halpoja ja runsaita. Siksi nykypäivän kukoistavassa eri valuprosessien kehityksessä savivihreällä hiekkamuovausprosessilla on edelleen ehdoton etu valuteollisuudessa.
Savivihreän hiekan peruskomponentit ovat piihiekka, bentoniitti ja vesi. Rautavalujen valmistukseen käytetyssä savivihreässä hiekassa kivihiilijauhe on korvaamaton lisäaine, jolla on erittäin tärkeä rooli valujen pinnan laadun ja mittapysyvyyden parantamisessa. Huono laatu, virheellinen valinta tai epäasianmukainen kivihiilijauheen lisäys lisää valukappaleiden pintavirheitä (kuten hiekan tarttuvuus, huokoset, laajenemisvirheet jne.), mikä lisää romun määrää ja lisää myös työtaakkaa. valukappaleiden puhdistuksesta.
Viimeisten 30 vuoden aikana on tehty paljon tutkimusta vaihtoehtoisten materiaalien löytämiseksi kivihiilijauheelle, mutta tähän mennessä kivihiilijauhe on edelleen yleisimmin käytetty lisäaine ja kustannustehokkain lisäaine.
1．Hiiliesiintymät
Kivihiili on pitkän geologisen ajanjakson aikana tapahtuneen hiiltymisen tuotetta, jolloin muinaiset kasvit kerrostettiin ja haudattiin veden alle tai riittävän veden olosuhteisiin. Erilaisten hiiltymisasteiden vuoksi se voidaan jakaa neljään kategoriaan: turve, ruskohiili, bitumikivihiili ja antrasiitti. Erilaisista muodostumisolosuhteista johtuen eri hiilen kokonaishiilipitoisuus voi olla 49-97 %. Antrasiitilla on pisin mineralisaatiojakso, ja valua varten tarkoitettu hiilijauhe valmistetaan bitumisesta kivihiilestä.
Bituminen kivihiili on hiiltä, jolla on korkea hiiltymisaste, joka on murskauksen jälkeen harmaanmustasta mustaan ja ruskeasta mustaan. Erilaisten haihtuvien aineiden ja kolloidipitoisuuden mukaan bitumisinen kivihiili voidaan jakaa pitkäliekkihiileen, kaasuhiileen, rasvahiileen, koksihiileen ja vähärasvaiseen kivihiileen.
Pitkä liekkihiili ja kaasuhiili, jolla on paljon haihtuvia aineita, muodostavat ensin paljon epävakaita matalan kiehumispisteen nestefaaseja kuumennettaessa, minkä jälkeen ne hajoavat nopeasti kaasuksi ja pakenevat. Jäljellä oleva nestefaasi ei riitä saamaan jäljellä olevat hiukkaset tarttumaan yhteen (ei voi koksata). Vähähaihtuva hiili voi termisesti hajotettuna muodostaa nestefaasin, jolla on korkeampi kiehumispiste, mutta määrä ei ole suuri eikä riitä koksaan. Rasvahiilellä ja koksihiilellä on kohtalainen haihtuva pitoisuus ja ne voivat muodostaa kuumennettaessa enemmän nestemäisiä faaseja, jotka on helppo saada jäljelle jääneet hiukkaset tarttumaan yhteen (koksi). Kivihiilijauhetta valua varten valmistetaan pääasiassa rasva- ja koksihiilestä.
Erilaisia muutoksia, joita tapahtuu, kun bitumihiiltä kuumennetaan
Kun bitumisista hiiltä kuumennetaan, se ensin poistaa kosteuden, sitten hajoaa ja vapauttaa haihtuvia aineita. Bitumisin kivihiilen hajoaminen voidaan jakaa karkeasti neljään vaiheeseen.
Ensimmäinen vaihe on alle 200 astetta, vesi poistetaan ja pieni määrä CO2:ta vapautuu. Reaktionopeus tässä vaiheessa on alhainen.
Toinen vaihe: 200-350 aste , sen lisäksi, että se jatkaa vesihöyryn ja CO2:n vapautumista, CO alkaa vapautua ja pieni määrä tervaa saostuu, mitä voidaan pitää pyrolyysin alkuvaiheena.
Kolmas vaihe: 350-550 aste , hajoamisreaktion nopeus kasvaa, hajoamistuotteet ovat pääosin pienimolekyylisiä hiilivetyjä ja muita orgaanisia yhdisteitä, ja terva periaatteessa saostuu tässä vaiheessa. Bituminen kivihiili käy myös läpi pehmenemis-sulamis-kiinteytymisprosessin ja tilavuuden supistumisen-laajenemis-kutistumisprosessin.
Noin 350-390 asteessa bitumihiili pehmenee vähitellen ja pienenee tilavuudeltaan. Sen jälkeen se alkaa sulaa, ja nestefaasi kasvaa vähitellen muodostaen kolloidin, joka on sekoitettu kiinteään, nesteeseen ja kaasuun. Alkuvaiheessa saostuvan kaasun määrän lisääntyessä kolloidin tilavuus laajenee nopeasti. Kun kaasu saostuu tietyssä määrin, sateen määrä vähenee jyrkästi ja kolloidin tilavuus pienenee vastaavasti. Lopulta kolloidi jähmettyy huokoiseksi kiinteäksi aineeksi, jota kutsutaan puolikoksiksi. Yleisesti ottaen bitumihiilen tilavuuden muutos tässä vaiheessa on esitetty kuvassa 1. Kuva 1 Bitumisisen hiilen tilavuuden muutos lämmityksen aikana
C - Alkutilavuuden kutistuminen;
S-Myöhempi tilavuuden laajennus;
D – äänenvoimakkuuden kokonaislaajennus.
Neljännessä vaiheessa, yli 550 astetta, erilaisten kaasujen saostuminen jatkuu, mukaan lukien vesihöyry, CO2, CO, H2, metaani, asetyleeni ja ammoniakki, ja puolikoksi muuttuu koksiksi.
Kolmannessa ja neljännessä vaiheessa syntyvät kaasut voivat kondensoitua kuumalle kiinteälle pinnalle muodostaen grafiittimaisen kalvon, jossa on korkea hiilipitoisuus, jota yleensä kutsutaan kirkkaaksi hiileksi. Erilaisista hiilivetyaineista aromaattiset hiilivedyt pyrolysoituvat todennäköisimmin kirkkaan hiilen muodostamiseksi.
3．Hiekkakiinnityksen muodostuminen teräs- ja rautavalujen pinnalle
Kun sula metalli on ruiskutettu muottiin, metallin, muottimateriaalin ja muotin ilmakehän välillä tapahtuu sarja fysikaalisia, kemiallisia ja fysikaalis-kemiallisia reaktioita metallin ja muotin rajapinnassa. Hiekan tarttuminen on yksi näiden monien reaktioiden kattavista tuloksista. Niistä FeO:lla on erittäin tärkeä rooli.
FeO:n sulamispiste on noin 1370 astetta, mikä on korkeampi kuin yleisen valuraudan sulamispiste. Kuitenkin, kun FeO joutuu kosketuksiin piidioksidihiekan kanssa, on helppo tuottaa fayaliittia (Fe2SiO4), jonka sulamispiste on 1205 astetta. Fayaliitti voi tuottaa kaksi eutektiikkaa SiO2:lla tai FeO:lla, joiden sulamispiste on noin 1130 astetta. Jos hiekkahiukkasten pinnalla on savea tai muita emäksisiä oksideja, voi muodostua myös alhaisemman sulamispisteen omaavia silikaatteja.
Koska sula metalli itsessään sisältää tietyn määrän happea, nestevirtaus hapettuu ilmakehän hapen vaikutuksesta rauta- (teräs) ja kaatoprosessin aikana. Sitä hapettaa myös muotissa oleva ilmakehä, kun se tulee muottionteloon. Kun sula metalli tulee muottiin, metalli-muotin rajapinnassa on FeO. Metallin staattisen painepään vaikutuksesta FeO tarttuu hiekkajyvien pintaan muodostaen matalassa lämpötilassa sulavia silikaatteja hiekkajyvien ja saven kanssa ja hiekkarakeiden pinta sulaa. Kun metalli ei ole vielä jähmettynyt, rajapinnan lähellä olevat matalassa sulavat silikaatit puristuvat hiekkamuotin syvyyksiin. Koska hiekkajyvien väliset raot ovat laajentuneet ja hiekkajyvien pinnalla on silikaatteja, jotka sula metalli helposti kastelee, sula metalli voi tunkeutua hiekkajyvien välisiin rakoihin ja kääriä hiekanjyviä, joita ei ole kostutettu. sulanut muodostaen tahmeaa hiekkaa. Tämä prosessi on karkeasti esitetty kuvassa 2.
Kuva 2 Näkymä valuhiekan adheesion muodostumisprosessista
a) Sula metalli joutuu kosketuksiin muotin pinnan kanssa ja metallipinta hapettuu;
b)FeO muodostaa sulavia silikaatteja kosketuksessa piihiekan ja saven kanssa;