О компанииСтатьиНапишите намНаш адресСправочникРегистрация

Меню

Статьи

Использование золошлаковых теплоизоляционных смесей

Литейное производство. 2009. № 3. С. 8...12

В.В. Назаратин

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

Hпр/Dпр Lпр/Dпр
1 1,5 2,0 2,5 3,0
1,0 0,204 0,240 0,261 0,274 0,284
1,1 0,209 0,246 0,268 0,282 0,292
1,2 0,213 0,252 0,274 0,289 0300
1,3 0,217 0,257 0,280 0,296 0,307
1,4 0,220 0,261 0,285 0,294 0,313
1,5 0,223 0,265 0,290 0,307 0,319

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

Таблица 2

Hпр/Dпр Lпр/Dпр
1 1,5 2,0 2,5 3,0
1,0 0,200 0,237 0,258 0,271 0,281
1,1 0,204 0,242 0,264 0,278 0,288
1,2 0,207 0,247 0;269 0,284 0,299
1,3 0,210 0,251 0,274 0,289 0,300
1,4 0,212 0-254 0,278 0,294 0,305
1,5 0,214 0,257 0,282 0,298 0,310

Оболочки (а) и брикеты (б) из золошлаковой ТИС

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/см3;
  • брикет 6: 100 зола; 20 ЖС; ρ = 1,32 г/см3;
  • брикет 7: 95 зола; 5 перлит; 20 ЖС; ρ = 1,32 г/см3;
  • брикет 8: 90 зола; 10 перлит; 20 ЖС; ρ = 1,32 г/см3;
  • брикет 9: 95 зола; 5 огнеупорная глина; 20 ЖС; ρ = 1,32 г/см3.

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.

Теплоизоляционные брикеты для облицовочного слоя прибылей для округленных (а) и прямолинейных (б) участков Схема технологии изготовления опытной отливки цилиндра d 350 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 = τиз/τ = 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

Брикет

Параметры прибыли и брикета, мм

α, град.
Dпр h С А В Е
5 600 120 300 155 217 30
150
6 650 130 -II- 169 230 -II-
162
7 700 140 -II- 182 253 -II-
117
8 750 150 -II- 194 266 -II-
125
9 800 180 350 167 232 24
133

Опытная отливка цилиндра

Рис. 5. Опытная отливка цилиндра d = 350 мм

Изменение температуры наружной поверхности теплоизоляционных брикетов 5…9 при затвердевании отливки d = 350 мм

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

 

Схема технологии изготовления опытной отливки цилиндра d 300 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.

Схема расположения термопар 1…17 в литейных формах крупногабаритных плит

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

Экспериментальные данные по затвердеванию отливки плиты по данным термопар

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; ρ = 1,38 г/см3.

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.

Распределение температуры в теплоизоляционной оболочке прибыли отливки плиты при затвердевании отливки

Распределение температуры в теплоизоляционной оболочке прибыли отливки плиты при затвердевании отливки

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)

Серные отпечатки темплетов отливки плиты

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.

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.

Распределение температуры по сечению теплоизоляционных оболочек в момент окончания процесса затвердевания прибылей диаметров

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 2200х1455 мм, массой ~ 20 т из стали 15Х1М1ФЛ;
  • 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.

Наши партнёры

Спец-предложение

Предлагаем услуги по оптимизации геометрии разливочной оснастки с целью обеспечения повышения коэффициента использования металла и снижения осевой пористости слитков

подробнее

О компанииСтатьиНапишите намНаш адресСправочникРегистрация
© 2009
Создание сайтов в студии Мегагруп

При копировании материалов сайта размещение активной ссылки на steelcast.ru обязательно | статьи партнеров

Rambler's Top100
Использование золошлаковых теплоизоляционных смесей для производства крупных стальных отливок