книги из ГПНТБ / Строение и свойства стеклокристаллических материалов на основе горных пород и шлаков (г. Чимкент, 8-10 октября 1974 г.) [сборник статей] 250-летию АН СССР посвящается

ким институтом проведены исследования по разработке технологии изготовления деталей песковых насосов марки НПВГ-З (рабочие колеса, улиты) из илакоситалла.

Шихту шлаковых стекол готовили на основе доненкого клака магнитогорского металлургического комбината, кварцевого песка, келезной и хромитовой руды, расплавляли в дуговых электропечах и выпускали расплав при температуре 1520-1550°С в разливочный ковш, где выдергивали до температур выработки.

При разработке технологии изготовления из шлакоситалла деталей, работающих в условиях, связанных с динамическими на­ грузками, необходимо учитывать низкую ударную прочность этого материала. В связи с этим нами было предусмотрено армирование рабочих колес и корпусов песковых насосов. При изготовлении ра­ бочих колес применяли стальной каркас в виде ступицы с предва­ рительно нарезанной резьбой для креплеи'ч колеса на валу насоса, к ступице приваривали остальные элементы проюлочной арматуры.

Расплав заливали при температуре 1260-1350°С в оболочко­ вые песчано-смоляные формы / I / , установленные на специальные керамические поддоны.

3 связи с высокой вязкостью расплава, заливку производи­ ли в открытую форму, в которую предварительно устанавливали ме­ таллический каркас. После заливки расплава изделие выдерживали на воздухе 1+1,5 минуты и помещали в печь на ситаллизацию и от­ жиг по следующему режиму: садка при ?50°С, вкдергка при этой температуре I час, подъем температуры до 900°С в течение 2х ча­ сов, выдержка 2 часа и охлаждение со скоростью 60 град/час.

Под действием высоких температур происходит постепенное разупрочнение и разрушение оболочковой формы, одна-о к этому вре­ мени изделие уже теряет способность деформироваться.. К концу термообработки изделия имеют гладкую поверхность без оледов пригара.

При разработке технологии изготовления улит песковых на­ сосов намечалось, по крайней мере, два пути решения этой задачи: получить улиту цельнолитую или футеровать шлакоситаллом рабо­ чую поверхность уже готовых стальных граусов насооа.

Более предпочтительным представлялся путь, овязанныЯ о нанесением га уже готовую поверхность стальных деталей корпу­ сов слоя нлакоситалла. Этим самым значительно проще решался вял рос о механической обработке1и монтаже сопряженных деталей,

390

а эксплуатационная характеристика также обуславливалась в большей степени износоустойчивостью футерующего слоя, а не его прочностными показателями.

Нанесение износостойкой футеровки из шлакоситалла на стальные корпуса песковых насосов осуществляли методом жидко­ го штампования. Быбор способа жидкого штампования обусловлен тем, что: во-первых, из вязких расплавов трудно обычными спо­ собами получить тонкостенное покрытие сложной конфигурации; во-вторых, при выработке расплавов жидкого штампования в мо­ мент формования за счет быстрого отвода тепла металлическим корпусом детали и металлическим пуансоном обеспечивается пере­ охлаждение и остекловение расплава по все*толщине сдоя, что необходимо при синтезе ситаллов.

Стальные корпуса, подлежащие футеровке, устанавливали на стол специального пресса, в полость детали заливали расплав при температуре 1300~1350°С и впрессовывали металлический пу­ ансон, имеющий конфигурацию внутренней полости готовой детали

с учетом толщины футерующего слоя. Удельное усилие лреооования, измеренное с помощью динамометра составляло 0,5 кг/см2

После затвердевания футеровочного слоя (через 0,5 минуты после окончания штампования) пуансон извлекали, деталь снимали со стола пресса и помещали в печь на кристаллизацию покрытия.

Режим термообработки аналогичен описанному ранее для рабочих

колес,

В процессе термообработки наблюдалась деформация футе­ ровочного покрытия, для предотвращения которой, перед садкой в печь полость детали засыпали прокаленным пеоком,

Таким образом, в результате проведенных исследований установлено, что шлакоситалды по своим выработочным овойотвам вполне пригодны для литья изделий сложной конфигурации в обо­ лочковые песчано-смоляные формы.

Для получения тонкостенных футеровочных покрытий из шлакоситалла на металлических деталях может быть о успехом при­ менен споооб жидкого штампования.

Ли т е р а т у р а :

X.В.А.Быков, И.Я.Чернявский. Литье оксидных расплавов в обо­

лочковые формы "Литейные производства" №7, 1972*

I

391 /

А.В. MAHAHKGB, В.М.ВЛАДИМИРОВ

КОНТРОЛЬ ЗА ИЗМЕНЕНИЕМ СОСТАВА ШИХТЫВ РЕ­ ЗУЛЬТАТЕ ПОДШИХТСВКИ

Конечные свойства стеклокристаллических материалов форми­ руются в результата взаимодействия большого количества факто­ ров: состав шихты и подшихтовон, температура и время варки рас­ плава, а также его кристаллизации и другие.Настоящая робота касается вопроса, имеющего основополагающее значение,а именно, точности определения количества требуемых подшихтовок.

Из опыта силикатной промышленности известно, что для полу­ чения стенлонристаллических материалов (каменного литья ,стал - лов и др.) с заданными свойствами,расчет шихты и подшихтовок производится несколькими методами. Одна группа методов имеет дело с различными модулями, коэффициентами и числами,получае­ мыми в результате специальных перерасчетов химических анализов (методы А.Н.Заварицкого, X.Б.Хана, А.Г.Котловой и др.).Другая группа позволяет определить состав на различных треугольных ди­ аграммах (методы А.С.Гинзберга, Н.Н.Ормонта, В.Б.Вагина, норма­ тивно-молекулярный метод П.Ниггли, дополнении* Г.А.Сашиным и 0 .Б.Четвериковым) .Наибольшее признание и практическое примене­ ние в настоящее время получил последний истод, позволяющий но только оценить состав шихты, но и проследить ход минералообраэовация при остывании расплава. Состав исходной шихты, под­ шихтовок и требуемого материала при расчете этим методом вы­ числяются по правилу рычага графо-аналитическим методом (А.П. Шапошников и д р .., 1968.).

Проверка данного метода путем решения системы уравнений для трех точен, отражающих количественную связь слагающих их компонентов на любой треугольной диаграмме,показала,что такие три точки могут действительно существовать на одной прямой, но лишь как исключоние(при условии равенства нулю определителя системы уравнений). Во всех других случаях получается либо не­ совместное, либо нулевое решения, доказывающие, что правило рычага для определения состава необходимой шихты, строго го­ воря, является методом приближенным.

В связи с этим, нами решается задача нахождения коорди­ нат действительной точки состава шихты, получаемого в результа­ те смешивания и оценки ошибки в положении фигуративной точки,

392

бует подшихтовок в количестве больше ю % или когда к свойстваи этих иатериалов предъявляются повышенные требования.

литьеи в кокиль и л и песчано-глинистые формы. Оба способа име­ ют серьезные недостатки.

Для получения каменных отливок изготовляли оболочковые формы на терыореактивном овязующен (ПК-104, 4-6%) по обычно принятому для металличеокого литья технологическому процессу, формы склеивали или скрепляли отрубпинами и заливали распла­ вом при температуре I30Q-I350°C без какой-либо засыпки. Для заливки использовали промышленный расплав, содержащий 50-52%

Si 02; 13-1556 А1203{ 8-9% СаО; 8-10% МуО; 12-18% PeO+Fe^j ,

получаемый в трехтонных электродуговых печах из шихты на ос­ нове горнблендита, являющегося отходом обогащения железной

РУДЫ.

Залитые формы помещали в кристаллизационно-охладитель­ ную печь, где они выдерживались в течение 1 ,0 -1 ,5ч.при 850920°С с целью проведения кристаллизации отливок и выравнива­ ния температуры по их сечению. Затем печь о формами охлажда­ лась со скоростью 30-50 град/час в течение 8-16 часов до тем­ пературы 100-150°С, при которой производили извлечение отли­ вок.

Были изготовлены оболочковые формы для изделий весом от 60 г до 5 кг различных конфигураций, в том числе имеющих внутренние впадины и полости. Толщина стенок отливок составля­ ла от 8 до 30 мм, причем некоторые отливки изготовлялись оо

стержнями из смеои на пульвербакедите или крепителе УСК-Х. Но** монклатура отливок ооотавляла 13 наименований.

Заливали формы двух типов: о вертикальным ж горизонтальнш разъемом /в положении ааливки/. Последний вариант оказало я удобнее для посадки форы г печь. Раамер форм находился в пре­ делах 450x350 мм, толщина оболочек 10-15 мм.

В каждой оболочка формовалооь os X до б отливок о еди­ ной для воего куота литниковой системой. Уотройотво ее мало отличалось от обычно принятой для литья металлов. Некоторые

394

Таблица I . Продолжительность заполнения оболочковых форм

для каменных отливок

формы успешно заполнялись черев увеличенную (по сравнению с металле») трехэлеаенткую систему: стояк - литниковый ход - пи­ татель. В других случаях для обеспечения заполнения форм возни­ кала необходимость выполнять более простое заливочное устрой­ ство: стояк - питатель - етливка или даже стояк-оливка. Во всех случаях узким звеном являлась диафрагмированная часть литниковой оистены в месте соединения с отливкой. Это обеспе­ чивало бездефектное отделение литников от изделий. Средняя продолжительность заполнения форм укавепа в те0д»1,

С целью получения отливок без уоадочныг дефектов не нр:.о-

ТСрив ИВ Ш УОГШМШШЙ ЛвГШИДёЛтив /ДйафрвГИЙрбваяяые/ прибыли.

395

Анализ опыта производства каменных отливок в оболочковых ' формах позволили выявить характерные особенности их формирова­ ния. Большая вязкость /20-50 пуаз/и малая скорость течения камнелитейного расплава позволяет вести заливку оболочковых форы без засыпки. Ввиду малой толщины /10-15мм/ и низкой теп­ лоаккумулирующей способности оболочковых форм, они могут зали­ ваться силикатным расплавом в холодном (не подогоретом)состоя­ нии без значительного ^стеклования изделий.

После посадки в печь залитая оболочка бистро подогревается /через 5-8 ыин/до температуры печи, что обеспечивает кристал­

стержни). Это исключает надобность в принудительной выбивке отливок.

Ввиду низкой теплоаккумулирующей способности, оболочковые формы сравнительно хорошо заполняются при правильно сконструи­ рованной литниковой системе.

Получаемые в оболочковых формах каменные отлиеки сущест­ венно меньше подвержены растрескиванию по сравнению с анало­ гичными изделиями, изготовляемыми другими методами.Они имеют размеры повышенной точности, четкий рельефный отпечаток формы. Чистота поверхности оболочковых каменных отливок соответствует 4-5 классу (против 2-3 класса для отливок,получаемых в песча­ но-глинистых формах). Эти преимущества являются существенными для каменных отливок ввиду практической невозможности их меха­ нической обработки. Изделия имеют мелкокристаллическую пироксеновую структуру.

В.И.СЕРДЮК®, Ю.К.ЩИПАЛ®, Э.И.ЕФРЕШЛШ ВЫГОРАНИЕ ОСТаТОЧНОЙ ОРГАНИЧЕСКОЙ МАССЫ ИЗ ЗОЛЫ

ШЛАКА ФРЕЗЕРНОГО ТОРФА ПРИ НАГРЕВАНИИ

В данной работе представлен материал, полученный при изуче­ нии процесса выгорания органической массы из золошлака при его нагревании и влияния этого процесса на состояние золошлака.

Исследованию были подвергнуты пробы золошлакового материала из отвалов ИвГРЭС (г.Комсомольск, Ивановской области).работаю­

с т а ш н в таолице Ь

356

Таблица I. Химический состав золошлаков ИвГРЭС, вес %

дования были выбраны термовесовой и дифференциально-термические анализы, выполняемые по типовым методикам (2 ). Для дифференци­ ально-термического анализа использовались порции материала ве­ сом 1,0 г,при термовесовом - навески весом 0,2-0,25 г . Пробы аолошлака предварительно просушивались при 70° в течение 2,0 часов и измельчались до полного прохождения через сито 900 отв/см2.

На первом этапе исследования изучался общий характер процессов, происходящих в золошлаке при нагревании. В интер­ вале температур 20-1000°С, согласно ДТА, активное выгорание органической массы, сопровождаемое выделением тепла, начинает­ ся при температуре 2Ю-215°С и заканчивается при 590-600°С. другие процессы, связанные о поглощением тепла, к горению ор­ ганической массы, очевидно, отношения не имеют и в дальнейшем нами не изучались.

Результаты термовесового анализа указывают, что процеоо выгорания сопровождается уменьшением веса золошлака на 11,5- 12,5%. В дальнейшем эха цифры рассматривались как процентное содержание органических остатков в торфяном золошлаке. Харак­ тер кривых позволяет сделать вывод, что при данных режимах тер­ мообработки в интервале температур 200-500°С количество выгора­ ющей органической масоы ДР почти не завиоит от скорости на­ гревания навески и определяется температурой термообработки.

Обработка аолошлака при температурах 400-500°С позво­ ляет в сравнительно короткий срок полностью удалить органическую маооу. При низкотемпературной обработке /~300°C / появляется возможность путем изменения температуры и времени выдержки бо­ лее плавно регулировать содержание оотаточной органической массы

397

в золошлаке.

Приведенные результаты получены для иалых объемов золошлака /навеска иенее 1,0 г , высота слоя материала 6-8 км/, а которых диффузия кислорода воздуха проходит достаточно свобод­ но и горение происходит по кинетической или промежуточной схе­ ме.

материалов постоянного гранулометрического состава может быть достигнуто за счет второго сомножителя.

схеме имеет зонный характер. Это означает, что сгорание угле­ рода за счет диффундирующего кислорода воздуха происходит в слое 0 , который перемещается в объеме материала от периферии к центру /для слоя - от поверхности к нижним участкам/ со ско­

распределение кислорода в различных участках слоя будет не одинаковым и окислительно-восстановительные процевсы будут протекать по-разному.

398

Проверка данного вывода была проведена на 2-ом этапе ис­ следования. Навески золошлака весом 80-90 г, помещенные в вы­ сокие корундизовые тигли йг б /толщина слоя золошлака б ,0-6,5 см/ нагревались в сшштовой печи до температуры 1000°С со ско­ ростью 10 град/мин. Из верхней, средней и нижней части тиглей отбирались пробы золошлака и подвергались термовесовому анали­ зу, Полученные результаты указывают на то, что за время пред­ варительного прокаливания в верхней и средней части тигля окисление углерода происходило за счет кислорода воздуха и за­ кончилось полностью. В то же время в нижней части тигля орга­ ническая масса выгорела не полностью. При термовесовом анали­ зе. произошло дополнительное окисление углерода, сопровождав­ шееся уменьшением веса навески на k,5%. Окисление углерода золошлака в нижней части тигля в условиях недостатка кислоро­ да привело к образованию в продуктах горения окиси углерода. Взаимодействие СО с золошлаковым материалом способствовало восстановлению металлов из окислов. При термовесовом анализе в малой пробе восстановленный металл окислялся кислородом воз­ духа, что сопровождалось увеличением веса навески на 1,0$» при температурах 550-650°. Очевидно, что окисление восстановленно­

го металла не закончилось при этих температурах, но начавшееся при температуре 650° эндотермическое разложение материалов золошлака /очевидно карбонаты/ маскирует этот процесс и при­ водит к уменьшению веса навески.

Для устранения этого явления в последующих сериях опы­ тов было увеличено время выдержки тиглей с золошлаком при тем­ пературе 1000° в ходе предварительного прокаливания. Для вто­ рой серии выдержке составляла I час, в третьей серии - 2 часа. Термовесовой анализ проб этих серий показал, что с увеличением времени термообработки полнота окисления углерода в нижней части тигля возрастает и при 2-х часовой выдержке углерод вы­ горает полностью. Увеличение веса, навески при термовеоовом ана­ лизе за счет окисления восстановленного металла кислородом воз­ духа имеет место во всех трех сериях. Максимальное увеличение веса /2,5% / зафиксировано во 2-ой серии. В третьей серии уве­ личение веса навески на 1,0 % больше чем в первой серии, на 0,5 % меньше, чем во второй. Очевидно, в опытах третьей серии за время выдержки при 1000°С в ходе предварительного прокали­ вания количество продиффундировавшегося в нижнюю часть тигля кислорода оказалось достаточным не только для полного выгора-

399