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
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 - |
(т — 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