Instrukcja.

Ćwiczenie nr 1
Badanie właściwości piasków formierskich
1. Wstęp
Piaski kwarcowe (tabl. 3.2), zawierające krzemionkę SiO2 w ilości większej od
96 %, małą ilość zanieczyszczeń alkalicznych (max 1,0 %), Fe2O3 (max 1,5 %),
odznaczające się wysoką temperaturą spiekania (>1350°C), odpowiednią
ziarnistością i wskaźnikiem jednorodności > 65 %.
Podstawą klasyfikacji piasków formierskich wg PN-85/H-11001 jest zawartość
lepiszcza i wielkość ziaren osnowy.
Tablica 3.2.
Gatunek
piasku
Klasyfikacja piasków formierskich wg PN-85/H-11001 w zależności od zawartości
lepiszcza
Zawartość
lepiszcza
Zawartość
SiO2
max
Fe2O3
max
węglanów
max
Temperatura
spiekania
Wskaźnik
jednorodności
min
°C
%
1K
max 0,2
98
0,5
0,3
1400
80
2K
3K
4K
5K
max 0,5
max 1,0
max 2,0
2,01÷8,0
96
96
-
1,0
1,0
1,5
-
0,5
0,5
1,0
1,0
1400
1350
1350
-
75
70
65
60
6K
8,01÷15,0
-
-
1,0
-
60
7K
15,01÷35,0
-
-
1,0
-
50
%
Lepiszcze piasku formierskiego stanowią wszystkie minerały wiążące i
niewiążące po nawilżeniu, posiadające wielkość ziaren mniejszą od 0,02 mm.
Zawartość lepiszcza oznacza się grawimetrycznie wg PN-73/H-11076 po
oddzieleniu go od osnowy ziarnowej. Ziarnistość osnowy określa się wg PN-83/H11077, przez rozfrakcjonowanie oddzielonej od lepiszcza próbki piasku na
znormalizowanym zestawie sit i zważeniu pozostałości na każdym sicie. Ziarnistość
osnowy przedstawia się w postaci frakcji głównej, tzn. numerów trzech kolejnych
sit, na których zebrała się największa ilość ziarn osnowy. Suma pozostałości ziarn
na trzech sąsiednich sitach wyrażona w [%], stanowi wskaźnik jednorodności.
Symbol piasku 2K-0,40/0,32/0,20 wg PN-85/H-11001 oznacza piasek o zawartości
lepiszcza max 0,5 %, którego frakcja główna zebrała się na sitach o prześwicie
oczek 0,40, 0,32 i 0,20 mm i stanowi ona 75 % masy osnowy.
Z innych wskaźników charakteryzujących cechy osnowy piasku formierskiego
należy wymienić: średnią wielkość ziaren (D50), liczbę ziarnistości (L),
powierzchnię właściwą (Sw), powierzchnię teoretyczną (St), wskaźnik kształtu (Wk),
oraz teoretyczną liczbę ziaren (Zt).
Analiza zawartości lepiszcza i ziarnistości piasków formierskich
Praktycznie lepiszcze usuwa się metodą sedymentacji (osadzania w wodzie).
Aby w wyniku osadzania wytrącić cząstki piasku większe od przyjętej granicy
20µm, należy proces prowadzić przez 300s, dla wysokości słupa zawiesiny 125 mm
w temp. 16°C1.
Przebieg ćwiczenia, ze względu na ograniczenia czasowe, odbiega od algorytmu
zawartego we wspomnianej (wycofanej) normie PN-73/H-11076.
2. Wykonanie ćwiczenia
Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia
formierskich.
jest
poznanie
metod badania właściwości piasków
Wyposażenie stanowiska
Urządzenia i aparatura
− Przesiewacz laboratoryjny LM (rys. 1),
Rys. 1:
1
Dane wynikają z prawo Stokesa. Wyprowadzenie w [1]
Przesiewacz laboratoryjny LM:
1 – sprężyny,
2 – przyssawki,
3 – taśma spinająca,
4 – zestaw sit (10szt),
5 – zwora elektromagnesu,
6 – stół wibrujący,
7 – elektromagnes,
8 – włącznik czasowy,
− Aparat do odmulania LAp-3b z lewarem
Rys. 2:
Aparat do odmulania LAp-3b:
1 – głowica z napędem,
2 – prostownice (3 szt),
3 – mieszadło,
4 – naczynie,
5 – podstawa
6 – zatrzask
7 – kolumna
− waga laboratoryjna elektroniczna WPE 600 o dokładności 0,01g,
− płyta grzewcza z regulacją temperatury
5.2.2. Pomoce
− Naczynie metalowe φ100 z kreską na wys. 150 mm, wewnątrz
− Płaskie naczynie wagowe (metalowe)
− Tryskawka (gruszka gumowa)
5.2.3. Materiały
−
−
−
−
piasek formierski
wodorotlenek sodu,
woda destylowana
alkohol etylowy
Przebieg ćwiczenia
Ćwiczenie polega na odważeniu próbki piasku, 3-4 krotnym odmuleniu,
wysuszeniu, ostudzeniu, zważeniu i wykonaniu oznaczenia składu ziarnowego
piasku.
Podczas ćwiczenia studenci pod nadzorem pracownika dydaktycznego
wykonują wszystkie oznaczenia wskaźników.
Oznaczenie zawartości lepiszcza
− Z wysuszonego piasku formierskiego odważamy 50 g próbkę;
− Próbkę piasku przenosimy do metalowego naczynia, do którego wprowadzamy
0,08% roztwór NaOH, do wysokości 150 mm
− Naczynie umieszczamy na podstawie aparatu do odmulania, opuszczamy
mieszadło i prowadzimy proses mieszania przez 2 min.
− Po upływie 5 min od przerwania procesu, przy pomocy lewara hydraulicznego,
ściągamy płyn znad osadu,
Rys. 3:
Lewarowanie cieczy znad piasku.
Wodę zasysamy tryskawką.
− Uzupełniamy naczynie wodą, miksujemy zawiesinę przez 1 min, a po upływie
kolejnych 5 min lewarujemy.
− Proces powtarzamy 2-3 razy, do uzyskania klarowności cieczy nad piaskiem.
Do ostatniej operacji używamy wody destylowanej
− Przenosimy odmulony piasek do naczynia wagowego, przy pomocy strumienia
wody destylowanej z tryskawki
− Zlewamy delikatnie wodę znad piasku i umieszczamy naczynie na płycie
grzewczej o temp. 170°C.
− Po wyschnięciu piasku, studzimy próbkę na metalowej płycie, do 50°C
i ważymy.
− Zawartość lepiszcza, to stosunek różnicy kolejnych pomiarów, odniesiony do
wagi poczatkowej (50g), wyrażony w procentach.
Oznaczanie ziarnistości piasku
− Zważoną próbkę piasku wprowadzamy na górne sito (oczyszczonego w C2H5OH)
przesiewacza laboratoryjnego LM.
− Włączamy wibracje na 15 min
− Zdejmujemy zestaw sit z przesiewacza i po kolei:
a) przenosimy frakcje piasku z sita na mocny ciemny papier, przez wysypanie
(lekko uderzając o stół krawędzią odwróconego sita)
b) przesypujemy próbkę na szalkę wagi i dokładnie ważymy
− Wyniki oznaczamy w formie tabelarycznej, za 100% przyjmując sumę odważek
Nr
sita
Wielkość
ziarna
[mm]
1
1.6
2
3
4
5
6
7
8
9
10
denko
0.80
0.63
0.40
0.32
0.20
0.16
0.10
0.071
0.056
suma
masa
frakcji
[g]
udział
[%]
100
5.4. Opracowanie wyników i sprawozdania
Na podstawie otrzymanych wyników, klasyfikujemy badany piasek formierski,
podając jego oznaczenie zgodnie z PN-85/H-11001
Sprawozdanie powinno zawierać:
− uproszczone schematy aparatury i krótki opis zasady oznaczania właściwości
technologicznych mas,
− wyniki z badań,
− analizę wyników i porównanie ich z odpowiednimi danymi literaturowymi,
6. Literatura
Kowalski J.St.: Oznaczanie lepiszcza. Mat.dydaktyczne, Kraków 19982.
Kowalski J.St.: Materiały formierskie Analiza sitowa, Kraków 19953
Lewandowski L.: Masy formierskie i rdzeniowe. PWN, Warszawa 1991.
Lewandowski L.: Materiały formierskie. Badania. Cz. II. Wyd. AGH, Kraków
1992, skrypt nr 1223.
5. Katalog aparatury kontrolno - pomiarowej dla przemysłu odlewniczego. Wyd.
WADAP - Instytut Odlewnictwa – Centrozap.
6. Normy związane: PN-85/H-11001, PN-73/H-11076 i PN-83/H-11077
1.
2.
3.
4.
Autorzy: Gut H., Szala M.
2
http://iim.mech.pk.edu.pl/ktm/dydaktyka/odlewnictwo/analiza_zaw_lepiszcza.doc
3
http://iim.mech.pk.edu.pl/ktm/dydaktyka/odlewnictwo/analiza_sitowa.doc