Файл: Чернявский И.Я. Износоустойчивые металлошлаковые трубы.pdf

Зная Хчуг (СЧ12-28) в функции от температуры за­ ливки, а также ту температуру, при которой происходит

данные. Безусловно, для нахождения К нужны данные по величинам жидкотекучести, полученные в близких условиях. Зная из опыта, что оптимальная температура

= 515 мм н с этим значением сравнивали ЯШл изучаемых составов.

Для шлаков ММК К = 1 при температуре около 1600° С, а для шлаков БГМК температура при этом на­ столько высока, что получать ее практически невыгодно п очень трудно. Значения К » 1 можно добиться, под­ няв температуру шлака БГМК не выше 1300° С, но увеличив напор до Я ст = 400 4- 450 мм. Последнее в процессе заливки обеспечить нетрудно.

В итоге с учетом других факторов (температура ко­ киля, дозирование, склонность к кристаллизации, эко­ номические ' факторы) были практически установлены температурные пределы залнвки: для магнитогорского шлака 1340—1380° п для балхашского шлака 1220— 1270° С. Выше этих температур вследствие резкого температурного перепада наблюдалось образование критического содержания стекловидной фазы, которая ухудшала качество шлаковой футеровки и приводила иногда к разрушению чугунной обечайки.

Дозирование чугуна и шлака

Дозировка расплавов (чугуна и ш лака)— одна из основных технологических операций, которой определя­ ется качество отливок (вес, внутренний диаметр и тол­ щина стенок). Дозировка чугуна в условиях производ­ ства чугунных труб центробежным способом уже прак­ тически решена путем использования дозирующих по весу или объему устройства [141, 142]. Равномерность подачи металла из дозатора обусловливается постоян­

ством уровня металла в дозаторе и площади попереч­ ного сечения отверстия в калибровочной втулке.

Шлаковые расплавы, обладающие в выработочном интервале температур высокой вязкостью, затвердевая, образуют уже в самом начале заливки настыли значи­ тельной толщины, не позволяющие успешно осущест­ вить дозирование, принятое при литье чугунных труб. Кроме того, чугун заполняет полость кокиля равномер­ ным слоем благодаря истечению из передвигающегося желоба. Для шлаковых расплавов это осуществить ие удалось вследствие особенности их затвердевания — склонности к образованию настылей. Была сделана по­

лоб, но такой путь намного усложнял конструкцию ма­ шины. Расчеты, а затем длительный опыт изготовления металлошлаковых труб центробежным способом пока­ зали, что для изготовления двухслойных труб длиной 1—1,5 м (по расчету даже до 2 м) совсем не обяза­ тельно наклонять кокиль: достаточно заливочный же­ лоб ввести па 50—70 мм дальше среза калибровочного отверстия и придать ему наклон около 25—30°, чтобы шлак заполнил полость кокиля на всю длину равно­ мерным слоем.

Однако способ ввода шлакового расплава во вра­ щающийся кокиль однозначно еще не определял пути наилучшего дозирования его. Поэтому были исследова­ ны еще два наиболее приемлемых, с нашей точки зре­ ния,.способа дозирования материалов при неподвижном заливочном желобе: по уровню расплава в кокиле (ме­ тод калибровочного отверстия в крышках кокиля) и объемный.

Учитывая условия труда в том и другом случае до­ зирования, технологичность и трудоемкость операций, мы пришли к выводу, что пока наиболее целесообразно дозирование шлаковых расплавов производить по кали­ бровочным отверстиям в крышках кокиля.

Кинетика затвердевания шлакового слоя

Одним из основных условий получения доброкачест­ венной металлошлаковой трубы является равномерное затвердевание ее как по длине, так и по сечению. Цент­ робежное литье, как и всякое другое, требует опреде­

ленного сочетания технологических параметров (в част­ ности, толщины шлакового слоя, режимов охлаждения, времени выдержки и т. д.), чтобы гарантировать полу­ чение качественных отливок. Для выбора этих парамет­ ров необходимо иметь четкие представления об особен­ ностях процесса затвердевания центробежных отливок.

Для полых отливок характерно двустороннее охлаж­ дение. Охлаждение наружной поверхности и торцов трубы происходит теплопередачей к форме; чугунный слой, отдавая тепло вращающемуся кокилю, затверде­ вает в первые же секунды, во всяком случае времени до начала заливки жидкого шлака после вывода желоба из полости формы вполне достаточно, чтобы образова­ лась твердая чугунная корка. Шлаковый расплав отда­

на границе двух слоев временно устанавливается дина­ мическое температурное равновесие. Внутренняя сво­ бодная поверхность жидкого еще шлака охлаждается теплоизлучением и теплопередачей к воздуху, который ее омывает.

Известно, что интенсивность теплоизлучения выра­ жается зависимостью, в которую температура охлаж­ дающегося тела входит в четвертой степени. Следова­ тельно, наибольшая скорость охлаждения внутренней поверхности за счет теплоизлучения наблюдается непо­ средственно после заливки. Поэтому, а также вследст­ вие низкой теплопроводности шлак прежде всего ох­ лаждается на внутренней и наружной поверхностях, оставаясь в средних слоях более горячим. Кроме того,

ком шлаке. Конвекция обусловлена тем, что охлажден­ ные частицы шлака имеют более высокую плотность и под действием сил тяжести и центробежных сил уст­ ремляются со свободной поверхности в более нагретый слой жидкости с меньшей вязкостью, выдавливая более легкий жидкий шлак к свободной поверхности. Этот процесс продолжается до тех пор, пока вся труба не затвердевает.

Для изучения скорости нарастания шлаковой корки нами были предложены и апробированы два способа. Первый основан на использовании способности тел с разной плотностью под действием центробежной силы

оказывать различное давление на стенки формы [143]. Исследования проводили на балхашских шлаках. Во вращающуюся форму заливали жидкий шлак и через определенные отрезки времени по лотку на известном расстоянии по длине трубы забрасывали стальные ша-

Вреі'тц, пин B p &fi/я t п и н

Рис. 45. Кинетика нарастания шлакового слоя в середине (а) и на торце трубы (б). Температура заливки -

Т—1200—1240° С; 2 —1130—1150° С

леть которое не в состоянии. Шарики останавливаются и таким образом фиксируют толщину корки, иарос-

неравномерность затвердевания трубы как по сечению так и по длине. Центральная зона отливки охлаждает­ ся значительно медленнее, чем торцовая: опыты показа­ ли, что уже через 5 мин после заливки в центре трубы и через 3 мин в торцах шарики не погружались в тело отливки. Однако этого времени для полного охлаждения отливки недостаточно вследствие высокой пластичности балхашского шлака, что проявляется в деформации внутренней поверхности трубы. Ниже будет показано, что время выдержки отливки в кокиле, по истечении которого деформации не наблюдалось, составляет 7— 9 мин.

Второй метод изучения нарастания шлаковой корки заключался в непосредственном измерении температур­ ного поля в трубе как по длине, так и по сечению на протяжении всего периода изготовления трубы. Иссле­ дования проводили на сконструированном нами приборе

термопарами, которые помешали на различных расстоя­ ниях по сечению трубы, вводили в кокиль и закрепляли специальными распорками 7, одновременно центрирую­ щими все приспособление. После установки прибора приводили во вращение форму, вместе с которой вовле­ кался во вращение кожух с термопарами. Затем в ко­ киль последовательно заливали металл и шлак. Термо­ пары, расположенные на разном расстоянии по сечению и длине кокиля, фиксировали изменение температурно­ го поля во времени.

Как видно из рис. 48, при заливке на чугунную ру­ башку присходит резкое охлаждение шлаковых распла­ вов в местах соприкосновения с металлом. Уже в пер­ вые секунды после заливки температура шлака на рас­ стоянии 3—4 мм от чугунного слоя понижалась: у шлака ММК с 1320 до 1200° С, а у шлака БГМК с 1250 до 1050° С. Затем в течение 3 мин после заливки в зависи­ мости от типа шлака за счет тепла, поступающего из глубинных слоев, температура наружного слоя несколь­ ко повышается, в то время как температура централь­ ного слоя продолжает понижаться. За это время про­ гревается металлический слой, условия теплопередачи

Время, мин

изменяются. Происходит постепенное охлаждение как металлического слоя, так п шлакового. Как видно из приведенных кривых, центральная зона шлакового слоя трубы охлаждается значительно медленнее.

Границу твердого слоя определяли по температуре солидуса согласно дилатограммам. Для магнитогорско­ го шлака данного состава температура солидуса равна 1180, а для балхашского шлака — 980° С. Из этого ус­ ловия был установлен фронт затвердевания шлакового слоя трубы. Так, для шлаков БГМК (рис. 49) сущест­ вует два фронта затвердевания: от наружной стенки и от свободной поверхности. Ход кривых затвердевания, полученных измерением температур, более справедливо отражает картину двустороннего охлаждения шлакового слоя, чем данные, полученные при помощи стальных шариков. Как видно, скорость нарастания корки со сто­ роны металлического слоя в первое время больше, чем со стороны свободной поверхности; впоследствии кар­ тина меняется. Обе кривые сходятся в точках централь­ ной части трубы (по сечению). По образованию твер­ дой корки в центральном слое устанавливали время

Рнс. 49. Кинетика нарастания шлакового слоя с учетом двусторон­ него охлаждения (шлак БГМК)

л— середина трубы; б— торец трубы; / — со стороны наружной стенки; 2 —

со стороны свободной поверхности

нию концевых поверхностей. Искусственное охлаждение обеспечило более равномерное распределение темпера­ тур по длине и устранило местное переохлаждение. Все это в конечном итоге создало условия образования бо­ лее равномерной структуры, что убедительно подтверж­ дает рентгеноструктурный анализ участков трубы.

Кроме того, обдувка внутренней полости сократила

Влияние минералогического и фазового состава на качество шлаковой футеровки

Как уже указывалось, при транспортировании раз­ личных абразивных материалов истиранию подвергает­ ся в первую очередь шлаковая футеровка; поэтому из­ носоустойчивость шлакового слоя как по длине, так и по сечению,— первостепенная характеристика труб.

Анализ режимов охлаждения отливок с толщиной шлакового слоя 10, 15 и 20 мм при центробежном ли­ тье показал, что температурные условия затвердевания отливки по сечению неодинаковы. В шлаковом слое ви­ зуально различаются по структуре три условные зоны: наружная, примыкающая к металлическому слою — мелкокристаллическая; центральная — крупнокрнстал-