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

Таким образом, в нашем случае можно рекомендо­ вать для нахождения N0Пт формулу

І'Дшл'Ъ

Соотношение толщин чугунного и шлакового слоев

Разумное соотношение толщин чугунного и шлаково­ го слоев имеет немаловажное значение как для качества отливки металлошлаковых труб, так и для экономики их производства. При обосновании этих величин мы исхо­ дили из следующих соображений.

1.Толщина металлического слоя должна обеспечить прочность получаемых изделий, достаточную для того, чтобы выдержать напряжения, возникающие в нем, как

впроцессе формирования отливки во вращающемся ко­ киле, так и при усадке. Казалось бы, этого легко дос­ тичь, увеличив толщину чугунного слоя. Однако слиш­ ком толстая обечайка значительно удорожает стоимость отливок и увеличивает их вес, осложняя монтаж трубо­ провода.

2.Толщина шлакового слоя должна прежде всего обеспечить высокую абразивную прочность труб. Одна­ ко следует иметь в виду, что слишком толстый шлаковый слой также значительно увеличивает вес труб и, есте­ ственно, снижает в конечном счете производительность агрегата.

Следовательно, наша задача состояла в том, чтобы установить оптимальное соотношение толщин чугунного и шлакового слоев, которое удовлетворяло бы перечис­ ленным требованиям. Кроме того, необходимо было учи­ тывать и способность этих материалов к заполняемости формы. Металлический слой толщиной менее 3 мм от­ лить не удается уже при длине трубы 1 м, так как чугун

быстро затвердевает. Практически 5-миллгшетровый чу­ гунный слой обеспечивает хорошую заполняемость и удовлетворительную, без спаев, наружную поверхность трубы.

Для обеспечения условий прочности при работе тру­ бопровода прежде всего надо рассмотреть два этапа: первый — формирование двухслойной трубы при центро­ бежном литье — и второй — совместное охлаждение двух слоев после затвердевания шлакового слоя. На первом

этапе чугунный слой воспринимает давление жидкого слоя шлака, которое можно легко подсчитать по форму­ ле (II.5), считая Л%пт = 600 об/мин для обоих шлаков (габариты те же). Из формулы (II.4) молено определить минимальную толщину чугунного слоя, которая в состоя­ нии выдержать давление шлакового слоя, считая D диа­ метром пограничного слоя меледу чугуном и шлаком. Как показали расчеты, толщина чугунного слоя намного меньше выбранной нами (5 мм) из соображений запол-

Талщина слоеВ, нм

Рис. 50. Температурное поле по сечению металлошлаковой трубы

няемости кокиля. При этом учитывали, что чугун при высоких температурах (800—900° С) теряет 85—90% своей прочности [125].

Второй этап характеризуется тем, что при охлажде­ нии обоих слоев внутренний шлаковый слой за счет раз­ ности в величине линейных усадок находится под сжи­ мающим давлением нарулшого чугунного слоя. При этом в чугунном слое возникают растягивающие, а в шлаковом — сжимающие напрялсения.

В естественных условиях охлаждения температурное поле в металлошлаковой трубе с наружным и внутрен­ ним диаметром соответственно 217 п 160 мм при толщи­ не шлакового слоя 20 мм распределяется по сечению согласно графику па рис. 50.

Используя методику расчета, принятую в теории термоупругостн [151], нами были расчитаны термические напряжения, возникающие в обоих слоях при охлажде­ нии изделия до комнатной температуры. На рис. 51

Рис. 51. Эпюра максимальных напряжений по сечению трубы при полном ее охлаждении

[152] показаны максимальные напряжения, которые являются суммарной величиной термических и усадоч­ ных напряжений, возникающих по сечению металлошла­ ковой трубы.

Однако, как об этом уже говорилось, соображения прочности не могут однозначно определять толщину шлакового слоя. Поэтому учитывая весь комплекс тре­ бований к шлаковой футеровке (жидкотекучесть, струк­ тура, определяющая износоустойчивость, прочность и экономичность) нами предложена оптимальная ее тол­ щина 15—20 мм.

Многолетняя практика эксплуатации металлошлако­ вых труб, изготовленных центробежным способом, пока­

зала, что предложенная толщина шлаковой футеровки имеет структуру, обеспечивающую хорошую износо­ устойчивость. Предложенная оптимальная толщина чу­ гунного слоя (5—7 мм) также отвечает всем требова­

возникают дефекты как наружного металлического слоя, так и внутренней шлаковой футеровки. Основными ви­ дами брака металлического слоя являются: поверхност­ ный отбел, холодные и горячие трещины, ситовидная пористость, неслитнны, недоливы.

Как правило, поверхностный отбел приводит к хо­ лодным и горячим трещинам в отливке. Он опасен еще и тем, что снижает прочностные свойства труб, что осо­ бенно проявляется в условиях монтажа трубопровода и его экспулатации даже при незначительных механиче­ ских воздействиях (удар молотком или ключом, натяг хомутов, падение трубы и т. д.). Отбел вызывается большой скоростью охлаждения поверхностных слоев трубы, примыкающих к рабочей поверхности кокиля, и неправильным подбором химического состава чугуна. Мы опробовали отливку труб в нагретый до разных тем­ ператур кокиль. В результате нашли, что оптимальная температура кокиля, положительно влияющая на пред­ отвращение отбела и в то же время не сказывающаяся отрицательно на производительности машины и на без­ опасности ее обслуживания, находится в интервале 300—400° С. Еще более существенно поверхностный от­ бел связан с химическим составом чугуна. Мы нашли, что наилучшие результаты при заливке чугуна в предвари­ тельно нагретый кокиль получаются при содержании 3,2—3,5% С и 2,4—2,8% Si при наличии не выше 0,5— 0,7% Мп.

Горячие трещины возникают чаще всего на гладком торце трубы, имеющем заусенцы. Последние образу­ ются в отливке в процессе затвердевания при наличии зазора между кокилем и крышкой. Чугун, попадающий

в зазор, отбеливается. Отбеленный тонкий облой скло­ нен к растрескиванию вследствие возникновения в ме­ стах отбела напряжений, превышающих прочность облоя. Трещина, беря свое начало в облое, переходит на торец трубы.

Трещины от облоя могут носить характер и так на­ зываемых холодных трещин в том случае, когда они возникают уже после выемки изделия пз кокиля, т. е. после того, как отливка сформирована. Чаще же всего холодные трещины возникают в результате торможения

выдерживает давления со стороны незатвердевшнх внутренних слоев металла и разрывается.

часты недоливы, вызываемые использованием холодно­

дефектов, каждый из которых может оказаться брако­ вочным признаком, необходимы известные профилакти­ ческие меры. Рассмотренные средства против возникно­ вения отбела предотвращают и образование холодных и горячих трещин. Конструкция запорного механизма ко­ киля и его исполнение в металле должны быть такими, чтобы можно было избежать образования неплотностей, нетехнологичных зазоров, перекосов и т. п. Перед каж­ дой отливкой форму надо подогревать. Этот фактор немаловажен и для предотвращения образования неслитин, но здесь наиболее эффективна достаточно высо­ кая жидкотекучесть чугуна, достигаемая как подбором