The quality of the castings depends, among other influences, on the quality of the moulding mixture used. The silica sands used are characterized by high thermal expansion compared to other sands. The tendency to dilatation of the moulding mixture can be influenced by the choice of the granulometric composition of the basic sand and the grain size. The aim of this work is to present the influence of grain distribution of foundry silica sand BG 21 from Biala Góra (Poland) and the degree of sorting (unsorted, monofraction, polyfraction) on the degree of thermal dilatation of the sand and thus on the resulting quality of the casting and susceptibility to foundry defects. For the purpose of measuring thermal dilatation, clay wash analysis was performed, sieve analysis of the sand was carried out, and individual sand fractions were carefully sorted. The measurements confirmed a higher thermal expansion in the case of monofractional sand grading, up to 51.8 %. Therefore, a higher risk of foundry stress-strain defects, such as veining, can be assumed.
Foundry sand is the main element of sand mixtures from which molds or sand cores are made. Due to the continuous development of core making technologies, the selection of the right type of base sand becomes more and more important. The major features of foundry sand are determined by the following factors: chemical and mineralogical composition, sand grain size, grain size distribution, sand grain shape, and surface quality. The main goal of our research was to develop a qualification method that can be used to predict the characteristics of sand cores made from different sand types. Samples made from different types of foundry sand were used during the research whose properties were examined with a new qualification system, and then its connection with the gas permeability of sand cores was analyzed. Based on the research results, a strong correlation could be established between the suggested quality indicators: CQi (Core Quality Index), CG (Coefficient of Granulometry), and permeability.
The study evaluated the curing properties of natural silica sand moulded with 1% by weight Furotec 132 resin binder catalysed by Furocure CH Fast acid and Furocure CH Slow acid. Physical properties of this sand included an AFS number of 47.35, 4.40 % clay, 0 % magnetic components, 0.13 % moisture, and 64.5 % of the size distribution spread over three consecutive sieves (150 – 600 μm). The sand was washed repeatedly to remove all the clay and oven dried. 2 kg washed sand samples were mulled with pre-determined weights of either catalyst to give 30 %, 50 % and 70 % by weight of 20 g Furotec 132 resin which was added last. Furotec 132 resin + Furocure CH Slow acid catalyst system gives longer bench lives and strip times but the maximum compressive strength in excess of 5000 N/cm2 is attained after more than 8.5 hours curing time irrespective of the weight % of catalyst added relative to the resin. On that basis, exceeding 30 weight % Furocure CH Slow acid catalyst when sand moulding with Furotec 132 resin has neither technical nor economic justification. In comparison, the Furotec 132 resin + Furocure CH Fast acid catalyst system was only capable of producing mould specimens with maximum compressive strength above 5000 N/cm2 at 30 weight % catalyst addition rate. At 50 and 70 weight % catalyst addition rates, the mulled sand rapidly turned dark green then bluish with a significant spike in temperature to about 40 oC, far exceeding the optimum curing temperature of Furotec 132. This high temperature accelerates the curing rate but with a very low degree of resin curing which explains the low compressive strength. In fact the sand grains fail to bond and have a dry, crumbly texture implying dehydration. Thus, not more than 30 weight % Furocure CH Fast acid catalyst should be used in sand moulding.
W pracy przedstawiono wyniki badań laboratoryjnych dotyczących możliwości wykorzystania odpadowego piasku z odlewni aluminium. Założono, że piasek ten może być przydatny do wytwarzania mieszanek iniekcyjnych, stosowanych na wypełnienie przestrzeni w naprawianych studzienkach i kolektorach kanalizacyjnych metodą bezwykopową. Uzyskane wyniki potwierdziły wcześniejsze przypuszczenia.
EN
The paper presents the results of laboratory tests on the use of waste sand from aluminum foundry. It was assumed that this sand may be useful for the production of injection mixtures used to fill the space in repaired wells and sewage collectors. The results obtained confirmed previous assumptions.
Molding material-related studies within the research activities concerning foundry technology have always been limited despite the significant effect of molding mixtures on the quality of cast parts. One reason behind this trend is the difficulty in interpreting the results of such complex systems like molds and cores. This paper provides a new possibility for studying the heat-absorption performance of materials used as molding media in metal casting processes. By further developing the Fourier thermal analysis method of cores and molds introduced by earlier studies, the investigation of unbonded sand has become available. The heat-absorption properties of the components can be hereby separated and studied respectively. Thermal analyses were performed on sphere-shaped resin-bonded cores with various binder levels as well as on unbonded sand samples. The temperature data collected from two points of the samples were then used for the calculation of the novel thermophysical properties. The results revealed not only quantitative but qualitative differences in the characteristics of the binder decomposition processes, providing a deeper understanding on the thermal behavior of molding materials. The outcome of the research provides more accurate data, which is the key for the improved simulation of casting processes.
This paper characterizes the crystalline phases present in waste foundry sands prepared based on a quartz sand matrix. The main component of the examined waste is quartz, which is accompanied by its polymorphic forms: tridymite and cristobalite. In addition to quartz, iron oxides such as magnetite, hematite and occasionally wüstite, and grains represented by metallic iron precipitation and Cu-Zn-Pb polymetallic aggregates were found. A particular emphasis was placed on the magnetite present in relatively high amounts, characterized by variable chemical composition, associated with the presence of numerous admixtures of chromium and titanium, which may suggest presence of chromite and titanomagnetite.
PL
W odlewnictwie powszechnie odlewy wykonywane są w formach piaskowych. Sporządzone na bazie piasku masy formierskie stanowią mieszaninę, do której oprócz piasku kwarcowego dodawane są: woda, bentonit, pył węglowy oraz spoiwa nieorganiczne lub organiczne. Zużyte masy formierskie, w których udział piasku dochodzi do około 90%, są na ogół poddawane w odlewni wewnętrznemu odzyskowi (czyli regeneracji), ale część z nich trafia na składowiska. Odpady mas formierskich, których głównym składnikiem jest piasek kwarcowy, w swoim składzie często zawierają minerały reprezentujące tlenki różnych metali, ponadto mogą być w nich obecne drobne wytrącenia metaliczne. Z uwagi na ich obecność materiał ten może stać się wtórnym źródłem ich odzysku. W artykule scharakteryzowano, pod względem jakościowym, skład fazowy zużytych mas formierskich sporządzonych na osnowie piasku kwarcowego. Do badań ze zwałowiska pobrano 3 próbki materiału odpadowego charakteryzujące się odmienną barwą: szarą, brązowo-czerwoną i czarną, które poddano identyfikacji faz metodą dyfrakcji rentgenowskiej oraz rentgenowskiej analizie spektralnej w mikroobszarach; ponadto przy użyciu metod spektrometrycznych oznaczono zawartość wybranych metali występujących w odpadach. Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że w składzie fazowym wszystkich analizowanych odpadów dominujący udział ma kwarc, obok którego oznaczono jego dwie polimorficzne odmiany: trydymit i krystobalit - ich obecność jest wynikiem przemian alotropowych dokonujących się w trakcie wykonywania odlewów w formach z mas kwarcowych. Oprócz kwarcu w odpadach występują dość znaczne ilości tlenków metali oraz wytrąceń metalicznych, co znalazło swoje odzwierciedlenie w udziale poszczególnych metali w składzie chemicznym odpadów. W próbce 1 obok dominującego żelaza w większych ilościach występują Cr i Mn, ponadto w pojedynczych analizach zaznacza się udział Ti. Pierwiastki te były również wskazane jako główne w składzie chemicznym faz tlenkowych oznaczonych podczas rentgenowskiej analizy spektralnej w mikroobszarach. Na podstawie tych badań oraz przy wykorzystaniu identyfikacji faz metodą dyfrakcji rentgenowskiej wśród faz tlenkowych wyróżniono: roztwór stały FeO-MnO-MgO, magnetyt, tytanomagnetyt, chromit, a także hematyt. Obok nich stwierdzono występowanie α-żelaza. W próbce 2 obok dość znacznej ilości żelaza zaznacza się obecność: Cu, Mn, Pb, Ti, V, Zn. Pierwiastki te są przede wszystkim związane z wtrąceniami metalicznymi, które obok kwarcu i faz tlenkowych żelaza (magnetytu, hematytu i sporadycznie występującego wüstytu) stanowią jeden z głównych składników próbki 2. Próbka 3 charakteryzuje się najwyższym, wśród badanych odpadów, udziałem Fe, któremu towarzyszą Mn i Cr. Rentgenowska analiza spektralna w mikroobszarach wykazała, że chrom tworzy własną fazę - chromit, natomiast mangan wchodzi w skład wytrąceń metalicznych żelaza. Podczas identyfikacji faz metodą dyfrakcji rentgenowskiej potwierdzono obecność α-żelaza, wykazano również dość znaczący udział magnetytu. Obecność w badanych odpadach domieszek magnetytu oraz wytrąceń metalicznych mogłaby wskazywać na potencjalne źródło ich pozyskiwania.
Foundry sand waste can be utilized for the preparation of concrete as a partial replacement of sand. The strength properties of M25 grade concrete are studied with different percentages of replacement of fine aggregates by foundry sand at 0%, 10%, 20%, 30%, 40%, and 50%. The optimum percentage of foundry sand replacement in the concrete corresponding to maximum strength will be identified. Keeping this optimum percentage of foundry sand replacement as a constant, a cement replacement study with mineral admixtures such as silica fume (5%, 7.5%, 10%) and fly ash (10%, 15%, 20%,) is carried out separately. The maximum increase in strength properties as compared to conventional concrete was achieved at 40% foundry sand replacement. Test results indicated that a 40% replacement of foundry sand with silica fume showed better performance than that of fly ash. The maximum increase in strengths was observed in a mix consisting of 40% foundry sand and 10% silica fume. SEM analysis of the concrete specimens also reveals that a mix with 40% foundry sand and 10% silica fume obtained the highest strength properties compared to all other mixes due to the creation of more C-H-S gel formations and fewer pores.
PL
Ze względu na swoją przewodność cieplną, piasek jest używany od wieków jako materiał formierski w przemyśle odlewniczym wykorzystującym metale żelazne i nie żelazne. Odlewnie z powodzeniem wielokrotnie przetwarzają i ponownie wykorzystują piasek. Jeśli piasek nie może być ponownie użyty w odlewni, wówczas jest on usuwany z odlewni i określany jako ZUŻYTY PIASEK ODLEWNICZY (UFS) lub ODPADOWY PIASEK ODLEWNICZY (WFS). Takie odpady zużytego piasku odlewniczego mogą być wykorzystywane w procesie przygotowywania betonu w ramach częściowej wymiany piasku. W celu zbadania możliwości wykorzystania zużytego piasku odlewniczego jako częciowego zamiennika dla drobnego kruszywa, przeprowadzono badanie eksperymentalne. Właściwości wytrzymałościowe, takie jak wytrzymałość na ściskanie, wytrzymałość na rozciąganie i wytrzymałość na zginanie betonu klasy M25 są badane z zastosowaniem różnego procentowego zastąpienia drobnego kruszywa zużytym piaskiem odlewniczym, przy wartościach 0%, 10%, 20%, 30%, 40% i 50%. Określona zostanie optymalna zawartość procentowa zużytego piasku odlewniczego w betonie, odpowiadająca maksymalnej wytrzymałości. W celu utrzymania takiej optymalnej zawartości procentowej w odniesieniu do takiej wymiany zużytego piasku odlewniczego przeprowadzane są badania wymiany cementu z domieszkami, takimi jak popiół lotny (10%, 15%, 20%) oraz pył krzemionkowy (5%, 7,5%, 10%), oddzielnie dla właściwości wytrzymałościowych betonu. W ramach powyższych badań, określono maksymalną wytrzymałość betonu odpowiadającą wymianie pyłu krzemionkowego i popiołu lotnego. Zaobserwowano, że maksymalny wzrost właściwości wytrzymałościowych w porównaniu do konwencjonalnego betonu został osignity przy 40% zastpieniu zuytego piasku odlewniczego. Maksymalny wzrost wytrzymałości zaobserwowano w mieszaninie składającej się z 40% piasku odlewniczego z 10% zawartością pyłu krzemionkowego. Analiza SEM próbek betonu pokazuje również, że mieszanina z 40% zawartością piasku odlewniczego oraz 10% zawartością pyłu krzemionkowego uzyskała najwyższe właściwości wytrzymałościowe w porównaniu do wszystkich innych mieszanin, ze względu na tworzenie większej ilości form żelowych C-H-S i mniejszej ilości porów.
Depending on the preparation and the applied materials, moulds and cores can be of high rigidity or can be flexible. Although, chemically bonded moulding materials have relatively good flexibility, their high temperature behaviour determines the dimensional accuracy, the stresses in the castings and can induce several casting defects, such as rattail, veining, etc. The phenomenon is based on two major effects: the thermal expansion of the unbonded foundry sands and the deformation of the sand mixtures. The main objective of the present work was to study the relationship between these two effects, and to improve the knowledge related to the thermo-mechanical interactions between the casting and the mould. Dilatometric analysis of unbonded sand samples were performed and compared to the results of hot distortion tests of moulding mixture specimens. The results showed, that the thermal expansion of foundry sand largely influences the hot distortion behaviour, but depending on the type of binder used.
Environmental, economical and technical problems have led to increasing attention towards the recycling of waste materials in the construction of road infrastructure. This paper reports the results of a study carried out at the Experimental Road Laboratory of the University of Padua, aimed at designing cement bound mixtures for road construction, characterized by a stone matrix made exclusively with electric arc furnace steel slag, waste foundry sand and ladle furnace slag, used in different proportions. The physical-geotechnical properties of the metallurgical slags have been evaluated by means of the most pertinent laboratory procedures of the road technical sector. Cement bound mixtures, characterized by five different proportions of artificial aggre¬gates, have been designed in terms of Proctor, compression and indirect tensile strength tests. The mechanical characterization of the hydraulic mixes has been completed with the elastic modulus evaluation, through ultrasonic tests. The excellent results (compression and indirect tensile strength at 7 days up to 7.23 MPa and 0.92 MPa respectively, depending on the mixture type), have met the main Italian Contract Specifications, demonstrating the possibility to successfully reuse different types of metallurgical slags, in the complete substitution of the natural aggregates, for the development of cement bound mixtures designed for road construction.
PL
Ograniczenia mieszanin cementu i żużli metalurgicznych do budownictwa drogowego – charakterystyka właściwości mechanicznych Problemy środowiskowe, ekonomiczne i techniczne doprowadziły do wzrostu zainteresowania recyklingiem materiałów odpadowych w celu konstrukcji infrastruktury drogowej. Referat przedstawia wyniki badań przeprowadzonych w Drogowym Laboratorium Eksperymentalnym Uniwersytetu w Padwie, które zajmuje się projektowaniem mieszanki cementu do budowy dróg charakteryzującej się macierzą skalną wykonaną wyłącznie z żużla z pieca łukowego, piasku formierskiego oraz żużla kadziowego użytych w różnych proporcjach. Fizyczno-geotechniczne właściwości metalurgicznych żużli zostały określone dzięki najbardziej stosownym procedurom laboratoryjnym technicznego sektora drogowego. Zaprojektowano charakteryzujące się pięcioma różnymi proporcjami sztucznych kruszyw mieszanki oraz poddano je testom na sprężanie oraz pośrednim testom na wytrzymałość na rozciąganie. Charakterystyka mechaniczna mieszanek hydraulicznych została uzupełniona o określenie współczynnika sprężystości wzdłużnej poprzez testy ultradźwiękowe. Znakomite wyniki (sprężania i wytrzymałość na rozciąganie w siódmym dniu wynosiły odpowiednio 7,23 MPa i 0,92 MPa w zależności od rodzaju mieszanki) spełniły wymogi prezentując jednocześnie możliwość pomyślnego ponownego użycia różnych rodzajów żużli metalurgicznych, będących zamiennikami naturalnych kruszyw, w celu rozwoju mieszanek do konstrukcji dróg.
The fragment of investigations related to the thermal stability of new foundry polymer binders with biopolymer fractions is hereby presented. A sample of the foundry binding agent BioCo1, in a form of two-component polymer composition consisting of a modified biopolymer (polysaccharide) and a synthetic polymer (acrylic polymer), was subjected to the thermal analysis. Methods of thermal analyses (TG/DTG/DSC) were applied in investigations in order to perform the thermal degradation process of the tested BioCo1 binder sample by establishing thermal effects of transformations, structural changes and masses - occurring during its heating. Examinations were performed in the temperature range: -100–600 °C. It was found that the degradation process starts at a temperature app. 130 °C. The binding agent behaviour at increased temperatures is important in relation to the process of the moulding sand mould (with BioCo1 fraction) pouring with liquid metal.
PL
Przedstawiono wycinek badań związanych z określeniem termicznej stabilności nowych odlewniczych spoiw polimerowych z udziałem biopolimerów. Poddano analizie termicznej próbkę spoiwa odlewniczego BioCo1 w postaci dwuskładnikowej kompozycji polimerowej złożonej z modyfikowanego biopolimeru (polisacharydu) i polimeru syntetycznego (polimeru akrylowego). W badaniach wykorzystano metody analizy termicznej (TG/DTG/DSC) w celu przeprowadzenia procesu degradacji termicznej badanej próbki spoiwa BioCo1 poprzez ustalenie efektów cieplnych przemian zachodzących podczas jego ogrzewania, zmian strukturalnych oraz masy. Badania prowadzono w zakresie temperatury -100 – 600 °C. Ustalono, że proces degradacji rozpoczyna się od temperatury 130 °C. Przeprowadzona analiza termiczna spoiwa ma istotne znaczenie w odniesieniu do procesu zalewania ciekłym metalem formy z masy odlewniczej wiązanej spoiwem BioCo1.
The basic research included a thermal analysis of the BioCo3 polymer binder in the form of a water-based poly(sodium acrylate)/dextrin composition to determine the temperature range in which this binder does not degrade and hence does not lose its binding properties in the binder/matrix system. The thermal decomposition was proven to be complex and to occur in multiple stages. It was found that as the temperature rises, physical and chemical changes take place in the binder as a result of the solvent water (20-100°C) and then of the structural water evaporating, and finally of intermolecular dehydration reactions (100-220°C) Mainly reversible processes occur within this temperature range. Within the temperature range of 220-300°C, polymer chains decompose, which includes the disintegration of side groups and glycoside bonds. Between 300 and 500°C, the polymer composition decomposes producing with gaseous destruction products, including mainly small-molecule inorganic compounds (CO2, H2O, CO) and organic ones (hydrocarbons). The part of the mass which has not decomposed at the temperature of about 550°C may contain carbonised carbon.
PL
Badania podstawowe obejmowały analizę termiczną spoiwa polimerowego BioCo3 w postaci wodnej kompozycji poli(akrylan sodu)/dekstryna, która umożliwiła ustalenie zakresu temperatury, w jakim nie ulega ono degradacji, przez co nie traci swoich właściwości wiążących w układzie spoiwo-osnowa. Wykazano, że przebieg termicznego rozkładu jest złożony i wieloetapowy. Stwierdzono, że wraz ze wzrostem temperatury w spoiwie dochodzi do zmian fizycznych i chemicznych związanych z odparowywaniem wody rozpuszczalnikowej (20-100°C), następnie wody konstytucyjnej i wreszcie z reakcjami dehydratacji intermolekularnej (100-220°C). W tym zakresie temperatury zachodzą głównie procesy odwracalne. W zakresie temperatury 220-300°C dochodzi do dekompozycji łańcuchów polimerowych, w tym rozpadu grup bocznych i wiązań glikozydowych. W zakresie temperatury 300-500°C następuje rozkład kompozycji polimerowej z powstawaniem gazowych produktów destrukcji, w tym przede wszystkim małocząsteczkowych związków nieorganicznych (CO2, H2O, CO) i organicznych (węglowodory). Część masy, która nie uległa rozkładowi w temperaturze około 550°C może zawierać skarbonizowany węgiel.
The results of investigations of the reclamation of spent moulding and core sands, originated from one of the Polish foundry plants, are presented in the paper. Four mixtures consisting of two types of spent sands (spent moulding sand and spent core sand) were subjected to the regeneration process. Each tested mixture consisted of an inorganic type spent moulding sand and of an organic type spent core sand. Proportions of mutual fractions of spent moulding and core sands in mixtures was 70%-30% and was representative for the waste sands from the foundry, from which these sands originated.
13
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W opracowaniu przedstawiono problem przemian polimorficznych kwarcu, będącego głównym składnikiem piasku formierskiego, zachodzących pod wpływem temperatury i mających bezpośredni wpływ na powstawanie naprężeń oraz zmian dylatacyjnych masy formierskiej. Badania tych zjawisk umożliwiają dokonanie oceny przydatności mas formierskich w rzeczywistych warunkach pracy, zmniejszając możliwość powstawania wad odlewniczych pochodzących od masy formierskiej.
EN
In this study further extension of the investigation of moulding sands, including examination and dilatation stress at elevated temperatures, was made. Studies of this type enable us to evaluate the sand applicability at the real conditions of performance and to eliminate the possibility of formation of effects in casting caused by the sand. The dilatation changes and the stress formed as a result of phase transformation in crystals of quartz are very serious, and this is the very reason why these effects make studies of this type necessary and advisable.
Artykuł omawia nową metodę oznaczania węgla błyszczącego w masach formierskich, która bazuje na obróbce badanej próbki w wysokiej temperaturze przy wymuszonym przepływie azotu, tlenu lub ich mieszaniny. Węgiel błyszczący osadzany jest na wacie kwarcowej i następnie spalany w tlenie. Zawartość CO2 w produktach spalania mierzona jest sondą NDIR. Wyniki pomiaru obrabiane są przez system komputerowy, drukowane w formie raportu i archiwizowane. W artykule porównano nową metodę z powszechnie stosowanyą metodą retortową i metodą IFG Dusseldorf.
EN
The paper describes the new method of determination of content of bright coal in foundry sands based on high temperature processing of the sample by forced flow of nitrogen, oxygen or mixture of them. During process the bright coal is deposited on quartz wool an next burned in oxygen. The content of CO2 in combustion products is measured by NDIR probe. The measurements results are processed by computer system, printed in form of report and stored. In the paper the new method is compared with common used retort method and IFG Dusseldorf method.
15
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przeanalizowano wymagania stawiane odlewniczym masom z bentonitem pod względem jakości bentonitu, obejmujące : właściwości technologiczne mas w temperaturze otoczenia i temperaturze podwyższonej, cieplną i chemiczną deaktywację lepiszcza decydującą o trwałości mas, a także możliwość wprowadzania bentonitu do mas w postaci mieszanek z dodatkami wydzielającymi węgiel błyszczący.
EN
The article analyses the requirements, set to foundry sands with bentonite with regard to quality of bentonite, that includes: technological properties of sands in the surrounding's temperature and in the increased temperature, thermal and chemical clay's deactivation, deciding about mould's durability; and also a possibility of putting a bentonite into sands in the form of mixture with additions, that secrete a lustrous carbon.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.