Wydział Odlewnictwa II rok Grupa 3 Semestr pierwszy (zimowy)	Przedmiot Tworzywa na formy odlewnicze Temat ćwiczenia Oznaczanie zawartości lepiszcza i analiza sitowa Wykonujący ćwiczenie Oleksandra Samarska	Data wykonania 21.11.2011

1. Wstęp teoretyczny

1. Oznaczanie zawartośći lepiszcza

Lepiszcze – wszystkie minerały występujące w piaskach formierskich o wielkości (wymiarach) ziarn równej lub mniejszej od 0,02mm.

Osnowa – to główny sypki składnik masy.jest to przeważnie materiał ziarnisty o określonym składzie mineralogicznym, chemicznym i ziarnowym.

Oddzielenie lepiszcza od osnowy piaskowej opiera się na różnicy prędkości opadania cząstek w wodzie, w zależności od ich wielkości, przy założeniu jednakowej gęstości. Teoretycznie podstawy tej zasady wynikają z prawa Stokesa, który wyprowadził wzór na prędkość v ruchu cząstki w ośrodku lepkim:

v= $\frac{d^{2}(_{1} -_{2})}{18\eta}$,

gdzie: v – prędkość opadania cząstki w cieczy, m/s,

d – średnica cząstki, m,

₁ - ciężar właściwy materiału cząstki, N/m³,

₂ - ciężar właściwy cieczy, N/m³,

η - lepkość dynamiczna cieczy, Ns/m².

1. Analiza sitowa

Wielkość i i jednorodność ziarn osnowy piaskowej, przy innych stałych parametrach, decydują o przepuszczalności piasków i mas formierskich. Kształt i jednorodność wpływają na właściwości wytrzymałościowe piasków i mas oraz na przepuszczalność i równomierność zagęszczenia masy w formie. Charakterystykę piasku lub masy pod względem ziarnistości osnowy piaskowej można wykonywać tylko na próbkach, z których uprzednio oddzielono lepiszcze. Dla sporządzenia tej charakterystyki jest konieczne wykonanie analizy sitowej na odpowiednim zestawie sit. Wyniki tej analizy są podstawą do ustalenia wskażników charakteryzujących osnowę pod względem wielkości, jednorodności oraz kształtu ziarn.

Analiza sitowa - metoda badawcza polegająca na rozdziale materiału na frakcje zawierające ziarna o różniej wielkości, poprzez przesiewanie przez zestaw sit, w wyniku czego ziarna o odpowiednich średnicach pozostają na kolejnych sitach (o coraz mniejszych oczkach). Po zważeniu poszczególnych klas ziarnowych określa się ile procent materiału pozostało na każdym sicie w stosunku do całości materiału.

1. Wykonanie ćwiczenia

1. Oznaczanie zawartośći lepiszcza

Ze średniej próbki laboratoryjnej (wysuszonej w temperaturze 105-110˚C) odważa się 50g z dokładnością do 0,1g, wsypuje się do słoja i zalewa się 475cm³ wody wodociągowej i jeszcze 25cm³ 3-procentowego roztworu wodorotlenku sodu. Słój umieszcza się w aparacie do odmywania lepiszcza i uruchamia się mieszadło na 5 minut. Po zakończeniu mieszania należy spłukać mieszadło dokładnie wodą przy użyciu tryskawki. Następnie dopełnia się słój wodą do poziomu 150mm od dna i odstawia się na 10min. Następnie przeprowadza się dekantację prze pomocy lewara. Po tym napełnia się słoj ponownie wodą, wlawając ją silnym strumieniem, aby zwiększyć efektywność odmycia lepiszcza z powierzchni ziarn osnowy piaskowej. Po drugim odstaniu przez 10min, zawartość dekantuje się, dopełnia się wodą i odstawia się tylko na 5min. Czynność tą powtarza się kilkanaście razy do chwili otrzymania klarownej cieczy.

Pozostałą w słoju po oddzieleniu lepiszcza osnowę piaskowa przenosi się na sączek i suszy się w temperaturze 105-110˚C do stałej masy. Po wysuszeniu i ostudzeniu w eksykatorze wykrusza się ziarna osnowy na papier i waży z dokładnością do 0,1g. Procentową zawartość lepiszcza A oblicza się za pomocą wzoru:

A=$\frac{B - x}{B}$ 100% ,

gdzie: B – masa materiału przed oddzieleniem lepiszcza w gramach,

x – masa osnowy piaskowej pozostałej po oddzieleniu lepiszcza w gramach.

1. Analiza sitowa

1. Zważoną próbkę osnowy wsypuje się na górne sito zestawu sit. Po założeniu pokrywy zestaw przenosi się na przesiewacz i przesiewa przez okres 15 minut.

2. Po zakończeniu przesiewu każde z sit czyści się pędzelkiem nad papierem i waży odsiewy z dokładnością do 0,01g. śuma odsiewów ze wszystkich sit i denka nie powinna różnić się od masy próbki wsypanej na górne sito wiecej aniżeli +/- 0,25g.

3. Różnicę należy rozliczyć proporcjonalnie na wszystkie odsiewy mnożąc je przez współczynnik korygujący k:

k=$\frac{a}{b}$,

gdzie: a – ilość osnowy wsypanej na górne sito,

b – ilość osnowy po sumowaniu odsiewów.

Następująca tabela pokazuje jaka ilość odsiewu przeliczonego pozostała na poszczególnych sitach:

Numer sita wg PN-85/h-11001(prześwit oczka sita) [mm]	Odsiewy przeliczone [%]
1,6	0,04
0,8	1,25
0,63	2,15
0,4	21,42
0,32	13,98
0,2	27,06
0,16	16,46
0,1	16,83
0,071	0,73
0,056	0,05
denko	0,02
suma	100

1. Opracowanie wyników badań

Z metod stosowanych dotychczas w odlewnictwie, umożliwiających scharakteryzowanie osnowy piaskowej pod względem wielkości ziarna, największe znaczenie znalazły następujące:

— średnia wielkość ziarna d_L oparta na liczbie ziarnistości L

— średnia geometryczna d_g

— średnia arytmetyczna d_a,

— średnia harmoniczna d_h,

— średnia wielkość ziarna D50 - według DIN-52401,

— mediana d_M - według AFS,

— numery sit, na których zebrała się frakcja główna.

Oprócz nich stosowane są, szczególnie w przeróbce mechanicznej kopalin także inne metody określania średniej wielkości ziarna materiału ziarnistego.

Charakterystykę osnowy piaskowej pod względem jednorodności można ustalić opierając się na następujących parametrach:

— wartość frakcji głównej F_g,

— współczynnik rozdziału S_o,

— wskaźnik nachylenia S_k,

— stopień jednorodności GG,

— wskaźnik jednorodności log W.

Charakterystykę osnowy piaskowej pod względem kształtu ziarn można ustalić za pomocą dwóch metod:

— jakościowej (mikroskopowa),

— ilościowej (wskaźnik kształtu).

Średnia wielkość ziarna d_L oparta na liczbie ziarnistości L

Oblicza się ją według wzoru

, [mm]

gdzie: L — liczba ziarnistości.

Liczba ziarnistości jest to numer sita AFS (najczęściej fikcyjny, czyli różny od numerów sit zestawu amerykańskiego), przez które przeszłyby wszystkie ziarna, gdyby - nie zmieniając ich ogólnej liczby oraz masy - udało się je sprowadzić do jednej wspólnej przeciętnej wielkości. Jak wiadomo, numer sita AFS odpowiada liczbie oczek przypadających na jeden cal angielski bieżący. Zatem te dwa określenia tłumaczą konstrukcję wzoru, w którym długość jednego cala (wyrażona w mm) jest podzielona przez wartość liczby ziarnistości L. We wzorze założono, że wielkość oczka równa się średnicy drutu, co tłumaczy występowanie cyfry dwa w mianowniku. Założenie to jest przybliżone i zgodne dla praktycznie stosowanych siatek tylko przy sitach o mniejszych prześwitach oczek.

W powyższym wzorze założono, że wielkość oczka równa się średnicy drutu siatki
(dwie wartości L w mianowniku), co jest w przybliżeniu zgodne tylko przy sitach o mniejszych prześwitach.

Wartość L ustala się na podstawie wyników analizy sitowej.

,

gdzie: x_i — odsiewy przeliczone w procentach,

a_i — mnożniki podane dla odpowiedniego zestawu sit.

Poniższa tabela podaje numery sit, liczby ziarnistości dla poszczególnych sit (a_i) i odsiewy przeliczone (x_i):

Numer sita	Liczby ziarnistości, ai	odsiewy przeliczone, xi	ai*xi
1,6	5	0,04	0,2
0,8	11	1,25	13,75
0,63	17	2,15	36,55
0,4	31	21,42	664,02
0,32	38	13,98	531,24
0,2	52	27,06	1407,12
0,16	66	16,46	1086,36
0,1	103	16,83	1733,49
0,071	150	0,73	109,5
0,056	195	0,05	9,75
denko	300	0,02	6
suma		100	5597,98

Wartość liczby ziarnistości dla osnowy rozsortowanej na zestawie sit wg PN-85/h-11001 przy użyciu przesiewacza wynosi:

L=5597,98/100=55,9798.

Obliczona na podstawie wartości liczby ziarnistości średnia wielkość ziarna d_L piasku wynosi: d_L=25,4/(2*55,9798)=0,227mm.

Średnia geometryczna d_g

Wartość d_g oblicza się ze wzoru:

,

gdzie: x_i — odsiew przeliczony w procentach,

d_i — średnia wielkość ziarn zbierających się na i-tym sicie, czyli średnia
arytmetyczna z prześwitów oczek sit, na którym zebrał się i przez
które przeszedł i-ty odsiew.

Poniższa tabela zawiera dane niezbędne dla obliczenia średniej geometrycznej:

Numer sita	di, mikrometry	lg di	odsiewy przeliczone, xi	xi*lg di
1,6	2400	3,38	0,04	0,1352
0,8	1200	3,079	1,25	3,84875
0,63	715	2,854	2,15	6,1361
0,4	515	2,712	21,42	58,09104
0,32	360	2,556	13,98	35,73288
0,2	260	2,415	27,06	65,3499
0,16	180	2,255	16,46	37,1173
0,1	130	2,114	16,83	35,57862
0,071	85,5	1,932	0,73	1,41036
0,056	63,5	1,803	0,05	0,09015
denko	38	1,58	0,02	0,0316
suma			100	243,5219

Wartość d_g wynosi:

Log d_g=243,5219/100=2,435219,

stąd: d_g=272 μm=0,272mm

Wnioski: Średnia wartość d_L jest najbardziej miarodajną metodą wyznaczania wielkości ziarn.