Water resistance of structured sand-sodium-silicate mixtures

Abstract

Purpose. To establish regularities of changes in sand-sodium-silicate mixtures (SSSM) relative water resistance, structured by steam-microwave solidification method (SMS), on their structuring parameters and sodium silicate solute (SSS) dissolution conditions. Methodology. Technical purity water, SSS with 2.8–3.0 silicate modulus, quartz sand with 0.23 mm average particle size were used in this work. Studies were carried out on quartz sand samples, which were preliminarily cladded with 0.5–2.5 % (by weight) SSS and structured by SMS method. The fracture time of structured mixtures was evaluated on cubic specimens with 20 mm rib length, which were immersed in water at different temperatures. Findings. Changes in SSSM water resistance in water regularities depending on their manufacturing, use and storage conditions were established. Recommendations for SSSM rods removal from castings in water were developed. Originality. For the first time, it has been established that relative water resistance of the SSSM structured by SMS method decreases along with increase in water temperature in which it is destroyed. Depending on SSS mass used for quartz sand cladding in range 0.5–2.5 %, water resistance dependence on treatment in steam-microwave environment with 2–7 minutes’ running time acquires an inversion character with inversion point ∼3.1 minutes into the processing. For the first time, it has been discovered that in boiling water the relative water resistance of SSSM, structured by SMS-process and having preheating, monotonically increases with preheating temperature rising from 100 to 600 °С, sharply increases when heated to 600–700 °С and practically becomes absolute after preliminarily preheating to higher temperatures. Practical value. Research results will be useful in concepts of processes accompanying destruction of structured sands with water-soluble binders expanding, as well as in technologies and equipment development designed for SSS rods and mold rests removing from castings.

Мета. Встановити закономірності зміни відносної водостійкості піщано-рідкоскляних сумішей (ПРС), структурованих методом паро-мікрохвильового затвер­ діння (ПМЗ), від параметрів їх структурування та умов розчинення рідкого скла (РС). Методика. У роботі використовували воду технічної чистоти, РС із силікатним модулем 2,8–3,0, кварцовий пісок із середнім розміром частинок 0,23 мм. Досліджен­ ня проводили на зразках із кварцового піску, що попере­ дньо був плакований 0,5–2,5 % (за масою), РС і структу­ рований методом ПМЗ. Час руйнування структурованих сумішей оцінювали на зразках кубічної форми з довжи­ ною ребра 20 мм, занурених у воду за різних температур. Результати. Встановлені закономірності зміни водо­ стійкості ПРС у воді в залежності від умов їх виготовлення, використання та зберігання. Розроблені рекомендації з ви­ далення піщано-рідкоскляних стрижнів із виливків у воді. Наукова новизна. Уперше встановлено, що відносна водостійкість ПРС, що структурована методом ПМЗ, зменшується зі збільшенням температури води, в якій вона руйнується. У той же час, у залежності від маси РС, що використали для плакування кварцового піску в діапа­ зоні від 0,5 до 2,5 %, залежність водостійкості від обробки в паро-мікрохвильовому середовищі тривалістю від 2 до 7 хвилин набуває інверсійний характер з точкою інверсії на ∼3,1 хвилині обробки. Уперше встановлено, що в киплячій воді у ПРС, що була структурована за ПМЗ-процесом і пройшла попередній нагрів, відносна водостійкість моно­ тонно зростає при підвищенні температури попереднього нагрівання від 100 до 600 °С, а при нагріванні до 600–700 °С різко зростає і практично стає абсолютною після попере­ днього нагріву до більш високих температур. Практична значимість. Результати досліджень будуть корисні в частині розширення уявлень про процеси, що су­ проводжують руйнування структурованих пісків з водороз­ чинними сполучними матеріалами, а також при розробці технологій та обладнання, призначених для видалення рід­ коскляних стрижнів і залишків ливарних форм із виливків