Využití konverze geopolymerních pojiv k výrobě jader

Michal Vykoukal

Doctoral thesis

Application of conversion of geopolymer binders for the production of cores

Abstract:

V dnešních dnech se zvyšuje tlak na využívání příznivějších slévárenských technologií, především pro velkosériovou výrobu jader pro automobilový průmysl. Preferovány jsou anorganické pojivové systémy, technologie vyznačující se fyzikálním způsobem vytvrzování. K těmto technologiím patří anorganické geopolymerní pojivo. Cílem této dizertační práce je prohloubení znalostí o vlastnostech slévárenských pojiv na bázi geopolymerního prekurzoru při konverzi sol-gel při fyzikálním vytvrzování teplem. Dále studium vlivu draselných iontů na vlastnosti geopolymerního prekurzoru a následně na vlastnosti směsi a vlastnosti vytvrzeného geopolymerního prekurzoru a vlastnosti po odlití. Výzkum byl zaměřen na sodno-draselný typ geopolymerního prekurzoru (pojiva) Na-KGP. Práce řeší chemické, fyzikální vlastnosti geopolymerního prekurzoru a technologické vlastnosti jádrových směsí vyrobených z těchto pojiv a posuzuje je s běžně dostupným geopolymerním pojivem na bázi sodných iontů. K prokázání technologických vlastností byly využity zkoušky pevnosti v ohybu, zbytkové pevnosti za vyšších teplot, skladovatelnost jader, životnost, vstřelovatelnost směsi, otěr, včetně odlití ve slévárně a vyhodnocení. Fyzikální a chemické vlastnosti byly analyzovány řadou metod, kromě standardních základních vlastností, jako 27Al a 29Si MAS-NMR, rentgenovými metodami, infračervenou spektroskopií, Ramanovou spektroskopií, termickou analýzou, pomocí SEM a EDX analýzy. Byl hodnocen i vliv na pracovní a životní prostředí. Životaschopnost zkoumaných pojiv je doložena provozní výrobou jader v několika slévárnách včetně základního popisu výroby jader a vlastních odlitků a výsledného hodnocení.

Abstract:

Nowadays, there is increasing pressure to use more favourable foundry technologies, particularly for large series production of cores for the automotive industry. Preferred are inorganic binder systems, technologies characterized by physical curing. These technologies include an inorganic geopolymer binder. The aim of this thesis is to deepen the knowledge of the properties of foundry binders based on geopolymer precursor in sol-gel conversion during physical heat curing. Furthermore, the study of the influence of potassium ions on the properties of the geopolymer precursor and subsequently on the properties of the mixture and properties of the cured geopolymer precursor and the properties after casting. The research was focused on the sodium-potassium type of the geopolymer precursor (binder) Na-KGP. The work solves chemical, physical properties of geopolymer precursor and technological properties of core sand mixtures made from these binders and assesses them with a commercially available geopolymer binder based on sodium ions. The flexural strength tests, the residual strength at higher temperatures, the shelf life of the cores, the durability of sand, the shooting ability of the mixture, the abrasion test, including the casting production in foundry and the final evaluation were used to prove the technological properties. Physical and chemical properties were analyzed by a number of methods, in addition to standard basic properties, such as 27Al and 29Si MAS-NMR, X-ray methods, FTIR spectroscopy, Raman spectroscopy, thermal analysis, SEM and EDX analysis. The impact on work environment and the environment was also assessed. The viability of the investigated binders is evidenced by the operational production of cores in several foundries, including a basic description of the cores and the castings production and the resulting evaluation.

Keywords

Anorganický pojivový systém, geopolymerní pojivový systém, draselný typ geopolymeru, draselno-sodný typ geopolymeru, slévárenské jádro, jaderník, vytvrzování, dehydratace, horký jaderník, horký vzduch, ostřivo, pevnost, rozpadavost, odlitek.

Keywords

Inorganic binder system, geopolymer binder system, potassium type geopolymer, potassium-sodium type geopolymer, foundry core, core box, hardening, dehydration, hot core box, hot air, sand, strength, collapsibility, casting.

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 2. 9. 2019

Thesis defence

• Date of defence: 21. 11. 2019
• Supervisor: Petr Jelínek
• Reader: Milan Horáček, Tomáš Elbel, Iveta Vasková

VŠB - Technical University of Ostrava

Fakulta materiálově-technologická

Doctoral programme / field:
Metalurgie / Metalurgická technologie