Розмір шрифту: 

Зв’язувальні компоненти, які базуються на солях ортофосфорної кислоти, мають ряд переваг: висока міцність, адгезія до наповнювача при невисокому вмісті зв’язувальних компонентів у суміші, висока термічна стійкість, термічна стабільність, низька хімічна активність до металевих розплавів. Але в ливарному виробництві, зокрема у стрижневих сумішах, отримати такі стабільні солі ортофосфорної кислоти проблематично.     Всі проведені до цього дослідження стосувалися взаємодії ортофосфорної кислоти з оксидами металів. Найбільш поширеними були холоднотвердні суміші, виготовлені з оксидами заліза, але це полівалентний метал, а його сполуки FeO, Fe2O3, Fe3O4 мають різну реакційну здатність. Кількість та співвідношення даних оксидів установити дуже складно, і забезпечити стабільні властивості сумішей дослідникам так і не вдалося. Суміші з оксидом магнію мають низьку живучість, тому широкого використання не знайшли. Інші солі ортофосфорної кислоти в ливарному виробництві майже не використовували. Це пов’язано з цілим рядом технологічних обмежень.     Ряд активності оксидів металів до Н3РО4 має наступний вигляд (за зростанням активності): SiO2, TiO2, Al2O3, ZrO2, Cr2O3, Fe2O3, CuO, FeO, ZnO, MgO, CaO, BaO, Na2O, K2O. Сполуки, які стоять в кінці ряду, а це – оксиди лужних і лужноземельних металів – вступають в швидку та бурхливу взаємодію з кислотою, що не дає можливості утворення міцної та стабільної структури фосфатів. Оксиди, які стоять на початку ряду, а там зустрічаються амфотерні та кислотні елементи, при нормальних умовах з кислотою не взаємодіють, отже утворення фосфатів є хімічно неможливим.     Вирішення проблеми синтезу фосфорних солей різних хімічних елементів має два основні напрямки. Для активних металів необхідно створити умови сповільненої взаємодії з кислотою, а для неактивних – прискорення даної взаємодії.     В дослідженнях нашої лабораторії досягнуто позитивних результатів в обох напрямках. Утворення фосфатів таких металів як Na і К може відбуватися в композиціях ортофосфорної кислоти з різними водорозчинними солями даних елементів. При цьому можуть бути використані навіть солі сильних кислот: Na2SO3, NaCl, NaNO3, а також KBr, KCl, які при нормальній температурі не вступають в хімічну взаємодію з ортофосфорною кислотою. Це надає суміші практично необмежену живучість, а також можливість всебічного керування процесом зміцнення, яке в свою чергу відбувається при нагріванні (в гарячому оснащенні), при чому температура для кожної солі різна.     Найкращі результати щодо загальної і поверхневої міцності отримані із сумішей системи NaCl + H3PO4 (зміцнення при 300 оС, міцність при стисканні 2,8…3,2 МПа), KCl + H3PO4 (зміцнення при 250 оС, міцність 2,6…3,0 МПа), Na5P3O10 + H3PO4 (зміцнення при 150 оС, міцність 3,2…3,5 МПа).     Взаємодія H3PO4 із сполуками Al, Zr і Si відбувається також при підвищених температурах, але тут можуть бути використані прості оксиди цих елементів. Це відкриває перед ливарниками нові можливості, оскільки більшість вогнетривких наповнювачів складається саме з таких оксидів.     Сполуками алюмінію, введеними у суміш з H3PO4, виступали: пірофіліт, алюмінієвий шлам, дистен-силіманіт, а також водорозчинні неорганічні солі. Міцність таких сумішей знаходиться в межах від 1,2 до 3,0 МПа, в залежності від використаної алюмовмісної сполуки та способу приготування суміші.     Циркон як вогнетривкий наповнювач має здатність утворювати при нагріванні з H3PO4 міцну структуру, яка характеризується граничним зусиллям стискання 2,0…2,5 МПа. Частинки кварцового піску або пилоподібного кварцу вступають у поверхневу взаємодію з H3PO4, що також призводить до утворення зв’язувального компонента – фосфату кремнію, який забезпечує міцність стрижнів до 2,5...3,5 МПа.