Badanie wpływu temperatury i rodzaju atmosfery na wydzielanie się
związków chemicznych z mas typu Alphaset
Stosowane substancje organiczne, głównie żywice syntetyczne, jako spoiwa do mas formierskich i rdzeniowych wpływają niekorzystnie na stan środowiska i warunki pracy w odlewni. W ostatnich latach technologia Alphaset oparta na żywicy fenolowo-formaldehydowej rezolowej uważana jest za jedną z bardziej przyjaznych dla środowiska technologii mas ze spoiwami organicznymi. Ponadto jej zaletą jest również fakt, że nie zawiera ona związków azotu, siarki czy też fosforu i dlatego może być stosowana zarówno do produkcji odlewów staliwnych, jak i z żeliwa sferoidalnego. W pracy przedstawiono wyniki badań trzech komercyjnych spoiw stosowanych w technologii Alphaset pochodzących od trzech różnych producentów. Badania miały na celu ocenę stopnia szkodliwości tej technologii w całym procesie wykonywania odlewu od momentu zalania formy ciekłym metalem do wybicia odlewu z formy. W pracy wykorzystano nowoczesne metody badawcze w celu odwzorowania zjawisk zachodzących we wnęce formie podczas wykonywania odlewu. Technika Py GC\MS jest metodą pomocną w identyfikacji produktów termicznego rozkładu organicznych spoiw stosownych do mas formierskich i rdzeniowych. Możliwość regulacji temperatury pirolizy pozwala na modelowanie procesów zachodzących bezpośrednio na granicy ciekły metal-forma (tzw. piroliza szybka). W celu przedstawienia procesów zachodzących w głębi formy, w wyniku transportu strumienia ciepła od odlewu, zastosowano metodykę pomiarową w układzie TG/DTG/DSC-FTIR, która pozwoliła na identyfikację poszczególnych substancji oraz na wyjaśnienie niektórych zjawisk zachodzących pod wpływem wysokiej temperatury. Badano również skład stałej pozostałości ze spoiwa po nagrzewaniu w temperaturze 600°C. W pracy wykazano, że rodzaj zidentyfikowanych związków zależy od rodzaju stosowanej żywicy, temperatury oraz charakteru atmosfery panującej w formie. Proces degradacji spoiwa przebiega inaczej niż samej żywicy, co jest wynikiem dodatków, stosowanych przez producentów w celu poprawy właściwości technologicznych.
Przedstawione wyniki stanowią część szerszych badań w zakresie termicznej destrukcji komercyjnych spoiw stosowanych do wykonywania form i rdzeni odlewniczych, w celu określenia ich szkodliwości dla środowiska i człowieka. Uzyskane wyniki mogą być przydatne odlewniom w zakresie występowania wad w odlewach oraz pomocne odpowiednim służbom zajmującym się badaniom stanu środowiska i warunków pracy przy ocenie negatywnego oddziaływania spoiwa. W pracy przedstawiono schematy przebiegu degradacji termicznej spoiwa Alphaset w zależności od temperatury i rodzaju atmosfery.
The used organie substances, mainly synthetic resins, as binders for molding and core sands adversely affect the condition of the environment and working conditions in the foundry. In recent years, the Alphaset technology based on resole phenol-formaldehyde resin is considered one of the most environmentally friendly mass-binder technologies. Moreover, its advantage is also the fact that it doesn’t contain nitrogen, sulfur or phosphorus compounds and therefore it can be used both for the production of cast steel and ductile cast iron. The project presents the results of research on thermal decomposition of three commercial binders used in Alphaset technology from three different manufacturers. The research was aimed at assessing the harmfulness of this technology in the whole process of casting from the moment of pouring the mold into liquid metal to extract the mold casting. The research was carried out using modern coupled methods to reproduce the metallurgical and casting phenomena occurring in the cavity during casting. The Py-GC/MS technique is a helpful method in identifying thermal decomposition products of organic binders used for molding and cores. The ability to regulate pyrolysis temperature allows modeling of processes taking place directly at the liquid metal/sand boundary (so-called flash pyrolysis). In order to present the processes occurring in the depth of the mold, as a result of transporting the heat flow from the casting, the TG/DTG/DSC-FTIR system was used, which allowed to identify individual substances and to explain some phenomena occurring under the influence of high temperature. The composition of solid residue from binder after heating at 600°C was also tested. The study showed that the identified type of compounds depends on the type of used resin, depends also of the temperature and the atmosphere in the form. The binder degradation process is different than the same resin, which is the result of additives used by manufacturers to improve the technological properties. The presented results form part of a wider research in the field of thermal destruction of commercial binders used to make foundry molds and cores, in order to determine their harmfulness to the environment and human. Obtained results may be useful for foundries in the area of defects in castings and helpful for relevant services dealing with environmental and work
conditions testing in assessing the negative impact of a binder. The paper presents diagrams of the course of thermal degradation of the Alphaset binder depending on the temperature and type of atmosphere.
