Использование золошлаковых теплоизоляционных смесей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Использование золошлаковых теплоизоляционных смесей

В.В. Назаратин

Аннотации

Проведено сравнение теплофизических свойств нескольких составов теплоизоляционных смесей для обогрева стальных отливок из прибылей разных диаметров. Найдены оптимальные диаметры прибылей и толщин теплоизоляционных оболочек для крупных стальных отливок разных конфигурации. Это позволило увеличить выход годного до 70...75 % и получить существенную экономию жидкого металла - до 250...300 кг на 1 т годного металла.

The thermophysical properties of several compositions of heat-insulating mixes for heating steel castings from risers of different diameters have been compared. Optimal riser diameters and heat-insulating shell thicknesses for large steel castings of various configurations have been found. That allowed to increase yield up to 70...75% and achieve substantial liquid metal savings - up to 250...300 kg per 1 ton of good metal.

Для получения облицовочного теплоизоляционного слоя прибылей использовали два технологических варианта:

· формуемую теплоизоляционную смесь (ТИС) в виде облицовочного слоя необходимой толщины уплотняли вокруг модели прибыли с последующим самоотверждением (или по Сопроцессу) с использованием тепловой обработки верхней полуформы в сушильной камере или переносными газовыми горелками;

· по стержневым ящикам заранее изготовляли изделия из ТИС в виде оболочек (рис.1а) или брикетов (рис.1б) необходимой толщины и размеров. Первоначальная прочность изделий достигалась в результате взаимодействия компонентов самотвердеющих смесей или воздействия углекислого газа с последующей тепловой сушкой.

Схема технологии изготовления облицовочного слоя прибылей из готовых теплоизоляционных изделий представлена на рис. 2. Размеры конусных прибылей с облицовочным слоем, получаемым из формуемой ТИС путем набивки вокруг модели, выбирают с помощью табл. 1 в зависимости от заданной конфигурации прибыли.

Таблица 1

При формировании облицовочного слоя из готовых изделий в виде брикетов размеры прибылей определяют по табл. 2.

Таблица 2

Рис. 1. Оболочки (а) и брикеты (б) из золошлаковой ТИС

Выбор теплоизоляционных брикетов производили в зависимости от расчетного диаметра прибыли согласно рис. 3 и табл. 3. Все ТИС изготовляли на рядовом цеховом смесеприготовительном оборудовании по принятой на заводе технологии приготовления формовочных смесей. Предварительно были проведены исследования на отливках цилиндров d = 300 и 350 мм, высотой 1000 мм и массой 510 и 690 кг, соответственно.

Рис. 2. Схема технологии изготовления облицовочного слоя (2) прибылей из готовых теплоизоляционных изделий в виде оболочки (а), брикетов для прибыли круглого (б) и овального (в) сечений: 1 - модель отливки, 3 - наполнительная смесь

На рис. 4 представлена схема технологии изготовления отливки цилиндра 0 350 мм. Цилиндр 7 облицовывали брикетами. Верхний слой брикетов 4 изготовляли из ТИС, состоящей из Подмосковной золы с 20 масс. ч. жидкого стекла (ЖС). Центральную зону цилиндра облицовывали пятью брикетами. Каждый брикет изготовляли из разных составов ТИС на основе Подмосковной золы (масс, ч):

· брикет 5: 60 зола; 30 огнеупорная глина; 10 перлит; 30 ортофосфорная кислота р = 1,32 г/см 3;

· брикет 6: 100 зола; 20 ЖС; с = 1,32 г/см 3;

· брикет 7: 95 зола; 5 перлит; 20 ЖС; с = 1,32 г/см 3;

· брикет 8: 90 зола; 10 перлит; 20 ЖС; с = 1,32 г/см 3;

· брикет 9: 95 зола; 5 огнеупорная глина; 20 ЖС; с = 1,32 г/см 3.

Пространство между опокой и моделью цилиндра, облицованного брикетами из ТИС, заформовывали наполнительной смесью. Форму заливали сталью 30Л через стояк 10 d 40 мм. Зеркало металла засыпали сухой золой 2 слоем 30...40 см. Общий вид отливки цилиндра после выбивки из формы представлен на рис. 5.

Цель эксперимента: на одной отливке провести сравнительное сопоставление теплофизических свойств сразу нескольких составов ТИС. С помощью хромель-алюмелевых термопар, установленных на наружной поверхности брикетов 5...9, замеряли температуру прогрева смесей в процессе затвердевания отливки (рис. 6). Лучшими теплоизоляционными свойствами обладают смеси: зола с перлитом и чистая (без добавок) зола (брикеты 8 и 6, соответственно). Добавки глины повышают теплопроводность смесей (брикеты 9 и 5). Температура наружной поверхности брикетов в зависимости от состава смеси к концу процесса затвердевания (~ 160 мин) повышается до 450 °С (брикет 5) и 770 °С (брикет 5).

Отливки цилиндров диаметром 300 мм использовали для сравнительного исследования процесса затвердевания металла в форме из обычной песчаной жидкостекольной смеси (ЖСС) и в форме из ТИС. Схема технологии изготовления отливки и простановки термопар представлена на рис. 7.

Облицовочный слой цилиндра 2 оформляли в виде оболочек 5 внутренним диаметром 300 мм, высотой 200 мм и толщиной 60 мм. Оболочки 5, как из песчаной смеси, так и из ТИС, подвергали тепловой сушке. По аналогичной технологии было изготовлено две формы. Формы заливали сифоном через стояк 1 0 40 мм сталью 30Л. После окончания заливки зеркало металла засыпали сухой золой 3 слоем 30...40 мм.

Рис. 3. Теплоизоляционные брикеты для облицовочного слоя прибылей для округленных (а) и прямолинейных (б) участков

Рис. 4. Схема технологии изготовления опытной отливки цилиндра d 350 мм: 1 - цилиндрическая модель отливки, 2 - засыпка; 3 - наполнительная смесь; 4 - верхний слой брикетов, 5...9 - нижние брикеты, 10- стояк

Процесс затвердевания металла опытных отливок исследовали с помощью платинородий-платиновых термопар 6...10. Время затвердевания отливки цилиндра в форме из песчаной смеси 84 мин, из ТИС - 139 мин. Коэффициент эффективности, соответственно, Кэф = физ/ф = 139/84 = 1,6. По результатам разрезки цилиндров и определения усадочных раковин было подтверждено, что за счет использования ТИС на золах Подмосковных углей выход годного (ВГ) составил ~ 70...75%.

Таблица 3

Рис. 5. Опытная отливка цилиндра d = 350 мм

Рис. 6. Изменение температуры наружной поверхности теплоизоляционных брикетов 5...9 при затвердевании отливки d = 350 мм

Рис. 7. Схема технологии изготовления опытной отливки цилиндра диаметров 300 мм: 1 - стояк, 2 - модель отливки, 3 - засыпка, 4 - наполнительная смесь, 5 - брикеты, 6...10 - термопары

Следующим этапом работы было исследование возможности использования ТИС для обогрева ими прибылей диаметром > 500 мм. Была изготовлена опытная отливка плиты размером 390x1300x1300 мм, массой 3650 кг и приведенной толщиной R0 ~ 10,6 см. Схема технологии изготовления и расположения термопар по телу отливки и формы представлена на рис. 8.

Учитывая отсутствие опыта и данных по применению теплоизоляции на прибылях такого большого диаметра при расчете приведенной толщины теплоизоляционной прибыли Rпр(из) величина коэффициента запаса прибыли была принята по верхнему пределу 1,0...1,05, при котором достигается увеличение времени затвердевания в 1,3...1,5 раза, то есть Rпр(из) = 1,0•R0 = 1,0•10,6 = 10,6 см.

Рис. 8. Схема расположения термопар 1...17 в литейных формах крупногабаритных плит

Рис. 9. Экспериментальные данные по затвердеванию отливки плиты по данным термопар: 1...5 - номера термопар

При соотношении H/D ~ 1,0 диаметр прибыли ~ 570 мм. С учетом запаса на засыпку зеркала прибыли и избежания перелива металла принята высота формуемой прибыли Н = 730...750 мм. Состав ТИС, % масс.: 80 зола-унос; 20 глина огнеупорная; 5 ЖС; с = 1,38 г/см 3.

На рис. 9 представлены некоторые данные по термометрированию затвердевающего металла по оси плиты (т. 2) и в основании прибыли (т. 3), составляющие, соответственно, 220 и 325 мин. Кривые прогрева теплоизоляционной оболочки прибыли представлены на рис. 10.

Исследование макростроения и серных отпечатков с темплетов отливки и прибыли (рис. 11) показало, что последняя имеет значительный запас плотного металла, позволяющий сократить размеры теплоизоляционной прибыли путем введения в расчет коэффициента запаса не 1,0, а 0,8...0,9, соответствующих увеличению времени затвердевания прибыли более чем в 2 раза, по сравнению с обычной песчаной формой. Это свидетельствует об эффективной работе ТИС на основе зол-уносов Подмосковных углей.

Рис. 10. Распределение температуры в теплоизоляционной оболочке прибыли отливки плиты при затвердевании отливки в зависимости от: а - времени (13...17 - номера термопар на рис. 8), б - толщины оболочек (через 50, 150, 250 и 320 мин)

Рис. 11. Серные отпечатки темплетов отливки плиты (рис. 8)

При уточненном коэффициенте запаса (0,8...0,9) диаметр теплоизоляционной прибыли может быть уменьшен с 570 до 480...500 мм, при этом ВГ ~ 75%. Результаты проведенных исследований позволили уточнить оптимальную толщину теплоизоляционной оболочки прибыли (hиз). При назначении этой величины обычно берут hиз = 0,2•Dnp для прибылей Dпр < 200...300 мм. стальной теплофизический отливка

Учитывая, что увеличение диаметра обогреваемой прибыли до 600...800 мм и более, а также применение нового теплоизоляционного материала могут внести дополнительные корректировки в этот размер, нами были исследованы температурные поля по сечению теплоизоляционных оболочек для времени окончания затвердевания металла в прибыли с учетом толщины слоя, температура которого ~ 100 °С.

На рис. 12 представлены кривые, характеризующие толщину теплоизоляционного слоя с температурой > 100 °С для разных диаметров прибылей. Пролонгировав кривые 1, 2 и 3 до 100 °С, получили в точках Д В, С толщины оболочек, соответственно, ~ 60, 100 и 115 мм, что составит от исходного диаметра прибыли величину 0,2.

Рис. 12. Распределение температуры по сечению теплоизоляционных оболочек в момент окончания процесса затвердевания прибылей диаметров: 7 - 300, 2-510, 5-570 мм

Таким образом, подтверждено, что hиз = 0,20 - оптимальная для утепления прибылей широкого спектра стальных отливок за счет использования зол-уносов ТЭС Экибастузских, Подмосковных и Кузнецких углей.

Результаты работы были широко использованы в производственных условиях завода "Энергомашспецсталь" (г. Краматорск) при изготовлении крупногабаритных тяжеловесных стальных отливок:

· корпуса турбины (черт. 11.1720А) размером 3380х 2200х 1455 мм, массой ~ 20 т из стали 15Х 1М 1ФЛ;

· цилиндра турбины (черт. 11.2648) d = 2840мм, высотой 1025 мм, толщиной стенки ~ 150мм, массой 17,5 т из стали 10ГСЛ;

· цапфы загрузочной (черт. 18.2417) с наружным диаметром 3540 мм, высотой 1895 мм, толщиной стенок до 300 мм, массой ~ 44 т из стали 25Л.

Освоение ТИС на основе зол-уносов ТЭС на прибылях 0 600...800 мм и более позволило увеличить ВГ до 70...75% и получить экономию жидкого металла ~ 250...300 кг на 1 т годного.

Список использованных источников

1. Англо-русский словарь по технологии машиностроения и металлообработке. - М.: Русский язык, 1990. - 0 c.

2. Багдасарова, Т.А. Токарь. Технология обработки / Т.А. Багдасарова. - М.: Академия, 2010. - 0 c.

3. Беккерт, М. Железо. Факты и легенды / М. Беккерт. - М.: Металлургия, 1984. - 0 c.

4. Беляев, А.И. Поверхностные явления в металлургических процессах / А.И. Беляев, Е.А. Жемчужина. - М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по черной и цветной металлургии, 1952. - 0 c.

5. Блинов, О.М. Теплотехнические измерения и приборы. Учебник для вузов / О.М. Блинов, А.М. Беленький, В.Ф. Бердышев. - М.: Металлургия, 1993. - 0 c.

6. Болобов, В.И. Безопасность применения титана в автоклавных процессах цветной металлургии с применением газообразного кислорода: моногр. / В.И. Болобов. - М.: Лань, 2015. - 0 c.

7. Вереина, Л.И. Фрезеровщик. Оборудование и технологическая оснастка / Л.И. Вереина. - М.: Academia, 2008. - 0 c.

8. Вигдорович, В.И. Электрохимическое и коррозионное поведение металлов в кислых спиртовых и водно-спиртовых средах / В.И. Вигдорович, Л.Е. Цыганкова. - М.: Радиотехника, 2009. - 0 c.

9. Время свершений. История Ленинградского сталепрокатного завода. - М.: Лениздат, 1987. - 0 c.

10. Выращивание кристалловолокон из расплава. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009. - 0 c.

11. Гарофало, Ф. Законы ползучести и длительности прочности металлов / Ф. Гарофало. - М.: Металлургия, 1968. - 0 c.

Размещено на Allbest.ru