Файл: Медведев Я.И. Технологические испытания формовочных материалов.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 09.04.2024

Просмотров: 158

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

где Хз — толщина слоя смеси, прогретого до средней температуры деструкции;

п— содержание в смеси газотворного вещества в весовых долях;

 

<7— газотворность

единицы

 

веса

вещества;

 

 

у — плотность смеси;

 

 

 

 

 

 

 

 

5 — поверхность

 

контакта

металла с

формой.

 

 

По

А. И. Вейнику

[5],

 

 

 

 

 

 

 

 

Хд ^ У~2п,{п2+

\)а2% [ l —

^ = £ ] =

т' VI

(73)

где

tn—температура

на

поверхности

контакта

металл—форма;

 

tQ

— начальная

температура

формы,

t0 =

20° С;

 

 

т'

— теплофизический

коэффициент;

 

 

 

 

аъ — коэффициент

температуропроводности

формы.

 

 

С учетом формул

(72)

и (73)

получаем

 

 

 

 

 

Q =

r'Sm'

V% = aSV%

= AУх;

 

(74)

 

 

 

 

А

= r'm'S;

 

 

 

 

(75)

 

 

 

 

а = Г т ' = 4 »

 

 

 

( 7 6 )

где

А — абсолютный

коэффициент

газообразования, отнесенный

 

 

ко всей поверхности контакта

формы с металлом;

 

а— относительный коэффициент газообразования, рассчи­ танный на единицу поверхности контакта; он полностью характеризует газотворную способность смеси при за­ данных ее теплофизических свойствах и свойствах ме­ талла.

Формула (74) позволяет найти абсолютную скорость газо­ образования w, отнесенную ко всей поверхности контакта, и относительную скорость v, рассчитанную на единицу поверх­ ности контакта:

dQ

aS

тп\

W = ^

= W7'

( 7 7 )

v=-^~.

(78)

Зная термодеструкционные

характеристики tcp, Г',

можно

также определить относительный коэффициент газообразования,

решив формулы

(73)

и (76):

 

rz

 

 

 

 

г

п .

: і

 

Г'т'

=

1/~2п2("2 + 1) а2 [ 1 -

|

^

Г.

(79)

Таким образом, имеется два метода определения относитель­ ного коэффициента газообразования смеси:

1) исследованием термодеструкционных характеристик свя­ зующих (смесей) с определением tcp и Г' и с последующим рас-


четом величины а по формуле. (79); аналогичные расчеты про цесса газообразования выполнены в работах [75, 132];

2) заливкой образцов смеси заданного состава соответствую' щим металлом и замером объема выделяющихся газов Q или ско рости w:

Q .

 

(80)

a = 2 w V ^

 

( 8

1 )

Второй метод является более наглядным

и более

точным.

Он позволяет непосредственно, без знания

величин

tcp, Г'

и

коэффициента температуропроводности смеси аг, трудность опре­ деления которого для конкретной смеси общеизвестна, получить нужную характеристику смеси.

На практике применяют несколько вариантов прямого метода определения газотворности, отличающихся формой исследуемых образцов смеси и способом замера выделяющихся газов. Кроме того, используют различные способы выражения (размерность) газотворности смесей.

Наиболее наглядным является метод, при котором в качестве исследуемого образца используют различные формы или, чаще, стержни. В этом случае должна быть обеспечена необходимая герметичность и изоляция, чтобы все выделяющиеся газы прошли через регистрирующий прибор. Предполагается, что в местах

контакта стержня

с металлом газы

не прорываются в

отливку

и без потерь проходят через толщу

стержня и соединительную

трубку

в счетчик.

Дл я того

чтобы

газ действительно

не про­

рвался

из стержня

в жидкий

металл,

газовое давление в стержне

не должно превышать определенной величины. Поэтому исследуе­ мый стержень должен обладать высокой пропускной способностью, что достигается использованием вентиляционных каналов или полых стержней.

Наиболее ранняя установка подобного типа была предложена В. М. Пищевым. В ней отбор газов из центрового стержня произ­ водят через трубку, соединенную с реометром и манометром, а с целью предупреждения утечки газов знаки стержня покрывают огнеупорной краской слоем 1,5—2,0 мм. Объем выделяющихся из стержня газов фиксируется реометром через определенные ин­ тервалы времени. Результаты опытов (объем образующихся за определенное время газов) непосредственно не выражаются через свойства смесей, и следовательно, они имеют сравнительное зна­ чение для стержней конкретного типоразмера. Отметим, что все попытки выразить показатель газотворности смеси через объем

газов, выделившихся из

образца смеси соответствующих веса

или объема за какой-либо

промежуток времени контакта с метал-

166


лом, следует считать неудачными, не отражающими сущности ме­ ханизма газообразования.

На рис. 94 приведена другая установка для испытания реаль­ ного стержня на газотворность [94]. Конфигурация стержня может быть любой, однако его размеры ограничиваются произво­ дительностью счетчика. Используемый газовый счетчик ГСБ-400

производительностью 400 л/ч

позволяет

испытывать стержни

с рабочей поверхностью до 600—700 см2.

Газовый счетчик снаб­

жают термометром для замера

температуры газов. Посадочный

Рис. 94. Установка для определения

газовыделения

из стержня (а)

и

из плоского

толстого

образца

смеси

(б):

 

1 — металл; 2

с т е р ж е н ь ;

3—нижняя

металлическая плита; 4

т р у б к а

д л я подвода

газа к счетчику ГСБ - 400; 5 —

плоский

о б р а з е ц

смеси

знак стержня должен иметь небольшой уклон (2—3°) и перед уста­ новкой в нижнюю металлическую полуформу его следует слегка смазывать жидким стеклом или сульфитной бардой (для предот­ вращения подъема стержня при заливке формы). Верхнюю полу­ форму изготовляют из обычной формовочной смеси. Перед залив­ кой нижнюю полуформу окрашивают и подогревают горелкой.

Показания счетчика фиксируют через определенные интервалы времени, отсчитываемые от начала заливки формы; коэффициент газотворности а находят по формуле (80).

При оценке результатов испытания стержней на газотворность по схеме, представленной на рис. 94, следует иметь в виду влия­ ние скорости заливки на объем газов, фиксируемых счетчиками. Установлено [95], что в процессе заполнения Гформы^металлом часть газов из стержней уходит через не залитую металлом по­ верхность в атмосферу (по пути наименьшего сопротивления), минуя счетчик; только после полного погружения стержня


в металл выход газа через открытую поверхность стержня пре­ кращается.

Кроме того, при определении коэффициента а по формуле (81) принимается существенное допущение, а именно: не учиты­ вается длительность полного погружения стержня в металл, которая изменяет механизм газообразования (рис. 95). На эле­ ментарной поверхности образца AS', ранее вступившей в кон­ такт с металлом, количество образующегося газа равно aAS']/r,

Рис.

95.

К

определению

влияния скоро­

сти

заливки на

процесс

газовыделения:

/ —

в ы х о д

газов

через знак в

счетчик;

2 —

у д а л е н и е

газа через н е з а л и т у ю

металлом

по ­

 

 

 

в е р х н о с т ь с т е р ж н я

 

 

а на элементарной поверхно­ сти AS", вступившей в кон­ такт с металлом позже (верх­ ние участки стержня), —

aAS"]Ar2 ; так как т, >» т 2 , то интенсивность газовыделе­

ния на отдельных

участках

образца — стержня

будет

неодинаковой, что

противо­

речит условиям вывода фор­ мул (72)— (81) и, следова­ тельно, условию определения коэффициента а.

Теоретический расчет по­ казывает, что процесс газо­ образования в стержне при расположении его по схеме, приведенной на рис. 95, опи­ сывается следующим выра­ жением:

 

 

п

2

 

 

,3/2 -

Тз)3/2

 

S,

К

 

 

 

 

х [ ( т - т ; ) з / 2 - ( т - т ; - т з Т 2 ]

,

 

 

(82)

где S,

и S 2

боковая

и торцовая

поверхности

стержня;

 

 

т — общее

время

от

начала заливки

формы;

 

 

т 3

— длительность

погружения

в

металл

боковой

по­

 

 

 

верхности

стержня

Si,

 

 

 

 

 

 

 

т3

— длительность

погружения

в

металл

торцовой

по­

 

 

 

верхности

стержня

S2 ,

 

 

 

 

 

 

здесь

R — толщина свободно растекающегося

слоя

металла;

для

 

чугуна R ~

2

мм;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

v' — объемная

скорость

поступления

металла в форму

 

на

уровне

Я .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Сравнение формул (74) и (82) показывает, что результаты рас­ чета коэффициента а по формуле (74) для образца смеси в виде стержня без учета скорости заливки формы будут заниженными, так как не учитывается утечка газа через открытую поверхность

до

момента

полного погружения стержня в

металл. К

тому

же

в сплошных стержнях и в образцах толщиной более 20 мм,

а также

в

газовом

счетчике типа ГСБ-400 происходит

значительная

кон­

денсация газов, тоже снижающая показатель газотворности. Поэтому ранее опубликованные величины коэффициентов а [12; 23; 94—96], полученные для образцов смеси в виде стержней

Рис. 96. Установка для определения скорости га­

зообразования

в плоском

 

образце смеси:

/ — в е р х н я я

 

п о л у ф о р м а ;

2

— металл;

 

3

— н и ж н я я

м е т а л л и ч е с к а я

п о л у ф о р м а ;

4

— кольцо;

5

манометр;

6

т р у б к а ;

 

7 — о б р а з е ц

смеси; 8

сетка;

9 — д и а ­

 

фрагма

 

(рис. 94) и толстых плоских образцов при замере газов счетчиком ГСБ-400, являются заниженными на 10—45% (для сухих смесей — в меньшей степени, в большей —[для сырых),

С учетом изложенного разработана более совершенная мето­ дика 1 определения коэффициента а, основными элементами ко­ торой являются (рис. 96) следующие.

1.Использование плоского тонкого образца смеси толщиною 8—10 мм, диаметром 150 мм;

2.Для уменьшения явления конденсации после выделения газов из образца смеси нижняя металлическая полуформа подо­

гревается до 100—110° С, а объем газов замеряется специальной градуированной диафрагмой (рис. 97, а) по перепаду давления, измеряемого или жидкостными манометрами, или манометромнапоромером НМ-П1.

С целью уменьшения давления газов перед диафрагмой ниже 40 мм вод. ст. отверстия в последней подбирают в зависимости от газотворности смеси (табл. 29). Градуировочные графики диа­ фрагм, конструкция которых приведена на рис. 97, б, можно по­ строить в координатах перепад давления—скорость газовыделе­ ния ДО.

Авторское свидетельство № 193131. «Бюллетень изобретений», 1967, № 6.

169