Файл: Медведев Я.И. Технологические испытания формовочных материалов.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.04.2024
Просмотров: 114
Скачиваний: 1
Одной из основных проблем использования электрофизиче ских влагомеров является защита контролируемого материала и обслуживающего персонала от опасности радиоактивного облу чения. Следовательно, для контроля влажности смеси в литей ных цехах применимы только те излучения, которые не сообщают формовочным материалам вторичную радиоактивность. Поэтому следует использовать слабые источники излучения, например нейтронные потоки, которые применяют для исследования грун тов и других материалов [49].
В литейном производстве применяют метод, основанный на замедлении быстрых нейтронов, испускаемых сравнительно сла быми источниками — атомами водорода, содержащимися в смеси [16, 167, и др . ] . Этим методом определяют не только водород капиллярной воды, но и весь водород, входящий в состав кристаллогидратной воды и различных органических и неорганических примесей. Для получения абсолютной влажности смеси необ ходимо влажность, определенную нейтронным методом, умень шить на некоторую величину.
При прохождении через формовочную смесь потока быстрых нейтронов (с энергией более 0,05 Мэв) последние в результате упругих столкновений с ядрами атомов теряют энергию и замед ляют движение. Величина энергии, передаваемой нейтроном ядру, будет тем больше, чем ближе масса ядра подходит к массе нейтрона, поэтому максимальное замедление нейтронов происхо дит при столкновении с ядрами водорода. После 15—18 столкно вений с водородом быстрый нейтрон с энергией в несколько мегаэлектровольт превращается в медленный или тепловой нейтрон с энергией менее 1/30 эв. Быстрые нейтроны становятся медлен ными при числе столкновений для гелия 40, бериллия 50 и угле рода 111. Если после облучения формовочной смеси быстрыми нейтронами подсчитать число медленных нейтронов, то можно
косвенно |
определить содержание |
водорода, а следовательно, |
|
и воды. |
С повышением |
влажности |
смеси увеличивается число |
образующихся медленных |
нейтронов. |
Нейтронный метод позволяет контролировать влажность в ши роких пределах, причем он показывает суммарное содержание воды (водорода) в определенном объеме смеси. Метод практиче ски не зависит от температуры смеси, содержания в ней солей и в меньшей степени, чем электрические методы, зависит от плот ности смеси.
Наибольшая плотность медленных нейтронов наблюдается вблизи источника быстрых нейтронов; поэтому измерительный элемент медленных нейтронов следует помещать рядом с ней тронным первичным источником.
На рис. 11 представлена схема производственной установки автоматического определения и регулирования влажности смесей в процессе ее приготовления. В качестве источника излучения выбрали порошок плутония-239, который смешивали с порошком
бериллия. Выделяющиеся при распаде плутония-239 а-частицы взаимодействуют с бериллием и последний начинает излучать быстрые нейтроны. Смесь плутония-239 с бериллием массой 32 г мощностью 2 кюри помещают в капсулу 8 из нержавеющей стали, которую, в свою очередь, монтируют вместе с двумя детекторами 9 медленных нейтронов в трубе 7 также из нержа веющей стали.
7
Рис. 11. Схема установки автоматического контроля и регулирования влажности смесей с использованием нейтронного индикатора
При определении влажности капсула с радиоактивным источ ником и детекторами опускается по трубе 7 в наполненный отра ботанной смесью 1 бункер-дозатор 3 емкостью примерно 1450 кг. Барабан 15, в котором производится хранение и дозиметрический контроль капсулы и трубы 7, изнутри покрыт слоем парафина, поглощающего быстрые нейтроны. Подъем после окончания работы и опускание капсулы и детектора в начале работы осуще ствляются специальным двигателем. Детекторы связаны коакси альным кабелем с электронным счетчиком 14 медленных ней тронов.
До начала определения влажности стрелки на электронном счетчике 14 и в индикаторе 13 находятся на нуле. Как только
в бункере-дозаторе 3 масса смеси, поступающей по ленте, дости гнет заданной величины, выключаются электрические вибраторы 2, подающие смесь в бункер, и включаются счетчики нейтронов и индикатор. Спустя некоторое время, начинает работать счетчик
медленных нейтронов по сигналам |
детекторов. После |
отсчета |
100 ООО тепловых нейтронов подача |
энергии к двигателю |
инди |
катора прекращается. В этот момент стрелка 12 индикатора показывает на одной из шкал фактическую влажность смеси, а на второй — количество влаги, которое следует ввести допол нительно в смеситель для достижения требуемой влажности. Затем оператор нажимает кнопку, и смесь поступает из бункерадозатора в бегуны 4 или 5. Одновременно нажатием кнопки 10 открывается вентиль подачи воды: кнопка нажата до тех пор, пока стрелка водомера / / не покажет значения, указанного на второй шкале индикатора. После перемешивания смесь транспор тером 6 передается к главному конвейеру.
Специальные пленочные дозиметры и приборы контролируют радиоактивность оборудования в смеси. Установлено, что смесь при обработке ее описанным радиоактивным источником не становится радиоактивной.
Точность замеров влажности ± 0 , 0 5 % , а продолжительность замера — менее 1 мин, что вполне укладывается в цикл непре рывной работы бегунов.
К преимуществам нейтронного метода определения влажности смесей относится, помимо его точности и быстроты действия, также сравнительно высокая стабильность показаний. Последнее связано с меньшей зависимостью нейтронного метода от влияния побочных факторов. Недостатком метода является необходимость защиты рабочих от радиоактивных излучений и регулярного проведения тщательных дозиметрических проверок установки.
Г л а в а I I
ГАЗОПРОНИЦАЕМОСТЬ СМЕСЕЙ
ИПРОПУСКНАЯ СПОСОБНОСТЬ ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ
НАПРАВЛЕННОСТЬ |
ГАЗОВОГО ПОТОКА |
В ЛИТЕЙНОЙ ФОРМЕ |
|
По П. П. Бергу, |
газопроницаемость наряду с газотворностью |
и пористостью относится к группе гидравлических свойств смесей, определяющих количественно и качественно влияние формы на характер газового потока форм и стержней. При неблагоприятном соотношении между гидравлическими свойствами нарушается направленность газового потока, что может привести к появле нию в отливках поверхностных или объемных дефектов в виде газовых раковин, «рябой» поверхности, ужимин, вскипа и т. п.
Фильтрация газов, образующихся в форме в результате тепло вого воздействия металла на формовочный материал, при напра вленном газовом потоке происходит от поверхности отливки через
материал форм и стержней в атмосферу |
(рис. |
12). |
При нарушении направленности потока |
газы |
перемещаются |
в сторону отливки и внедряются в жидкий металл, что сопро вождается иногда эффектом открытого или скрытого вскипа
(«кипения») |
с |
последующим |
образованием |
газовых включений |
||||||||
в |
отливке. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Условие создания направленного газового потока в |
форме |
||||||||||
выражается |
следующим |
соотношением |
давлений, |
действующих |
||||||||
в |
порах формовочного |
материала: |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
Рм ~\~ Рп + Рпф, |
|
|
(5) |
||||
где Рф — избыточное |
газовое |
давление |
в |
порах |
формовочного |
|||||||
|
материала на |
границе |
раздела |
металл—форма; |
||||||||
|
рм—металлостатический |
напор; |
|
|
|
|
|
|||||
|
рп — давление, необходимое для преодоления |
пузырьком |
||||||||||
|
газа |
поверхностного сопротивления |
металла; |
|
||||||||
|
Рпф — избыточное |
|
давление |
газов |
над |
зеркалом |
металла |
|||||
|
в |
форме. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Критическая величина газопроницаемости, при которой сохра няется направленный газовый поток, зависит от многих факторов; в производственных условиях ее величина определяется в каж дом конкретном случае опытным путем.
Теоретическая зависимость между газопроницаемостью и дру
гими |
гидравлическими свойствами и технологическими факто |
|||
рами, |
учитывающими геометрическую сложность форм или стерж- |
|||
|
1 |
2 |
1 |
2 |
Рис. 12. Направленный (а) и нарушенный (б) газовые потоки в ли тейной форме:
/ — ж и д к и й металл; 2 — форма
ней и режим заливки, может быть представлена в следующем виде:
|
|
|
0,67а s |
t |
M { l Р |
к р |
у |
f |
|
( 6 ) |
|
|
|
|
|
г прРк^з |
|
|
|
|
|
где |
К — требуемая |
газопроницаемость |
смеси |
в смі/(г• сек) |
*; |
|||||
|
а — константа |
газовыделения в |
см/сек1/2; |
|
|
|||||
|
S — поверхность контакта металла с формой или стержнем |
|||||||||
|
или с их отдельными |
участками |
в |
см2; |
|
|||||
|
рк — критическое газовое давление на |
поверхности раздела |
||||||||
|
металл—форма, при котором не происходит механиче |
|||||||||
|
ского внедрения газа в металл; для чугуна ориентиро |
|||||||||
|
вочная |
расчетная |
величина |
рк |
принимается |
равной |
||||
|
10—15 |
гс/см2; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С — коэффициент, учитывающий |
начальное |
давление |
газов |
||||||
|
в порах |
формы, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
c = i k - = |
™ - ^ 0 - 0 |
0 0 |
5 c |
^ ; |
|
|
|||
|
V — объем пор |
в области |
фильтрации |
газа |
в см3; |
|
||||
* |
1 см*/(г . сек) = |
60 |
см*/(г-мин) |
(единиц стандартной |
газопроницаемости). |
27
lM |
— максимальная длина |
пути фильтрации газов в форме |
|||||||
|
или стержне (от места образования до места |
выхода |
|||||||
|
газа в |
атмосферу) |
в |
см; |
|
|
|
|
|
т — время |
от |
начала |
заливки |
или от |
начала |
погружения |
|||
|
стержня |
в металл |
в |
сек; |
|
|
|
|
|
т3 |
— продолжительность |
погружения |
стержня |
в |
металл; |
||||
|
для расчета принимаем т = |
х3; |
|
|
|
а— коэффициент, учитывающий длительность процесса уда ления газа из стержня через незалитую металлом по
верхность; по опытным данным а = 0,2-ИЗ,9;
F„p — приведенное сечение газового потока в форме или стержне в см2.
Зависимость (6) выведена из условия создания направленного газового потока. Она связывает все основные технологические факторы, влияющие на формирование газового режима в форме или стержне. Зависимость (6), выведенная для случая, исклю чающего возможность внедрения пузырьков газа с поверхности раздела металл—форма в жидкий металл отливки, является до статочным условием для предотвращения вскипа, а следова тельно, и образования газовых раковин в отливке по вине формы в период действия первого максимума газового давления. Неко
торая |
условность формулы (6) заключается в следующем. |
1. |
По данным исследований [73, 95], кратковременный вскип |
(1—10 |
сек, в зависимости от геометрической сложности отливки, |
режима заливки формы и других факторов) в интервале до окон чания заполнения полости формы металлом не всегда приводит к образованию газовых раковин в отливке. Следовательно, полу ченное по формуле (6) значение К в некоторых случаях может быть уменьшено в 1,2—1,5 раза.
2. Формула (6) действительна для первого максимума газового давления, возникающего в момент полного погружения стержня в металл; поэтому она не учитывает снижения газопроницаемости смеси после заливки формы (см. ниже).
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГАЗОПРОНИЦАЕМОСТИ СМЕСЕЙ
Газопроницаемость — это свойство различных пористых мате риалов, характеризуемое способностью пропускать через себя газы. Данным свойством обладают только материалы, в которых поры не являются изолированными.
Величину газопроницаемости формовочных материалов опре деляют по формуле, основанной на законе фильтрации Дарси:
где Q — объем |
воздуха, |
проходящий через исследуемый обра |
зец смеси, в см3; |
||
h — высота |
образца |
в см; |