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

Конструктивные особенности металлического кожуха для намораживания

Металлический кожух должен обеспечить герметич­ ность получаемого элемента и возможность соединения его в трубопровод. Он не подвергается истирающему воздействию транспортируемой абразивной среды, по­ этому толщина его стенки может быть значительно меньше толщины стенок применяющихся для гидро­ транспортирования стальных труб. Для элементов диа­ метром 100—300 мм толщина стенки кожуха может не превышать 3—б мм. Диаметр кожуха должен быть увеличен на удвоенную толщину футерующего шлаково­

вость к механическим повреждениям, выкалыванию; значительное же увеличение толщины нерационально утяжеляет элемент трубопровода. Длина кожуха опре­ деляется возможностью одновременного его заполне­ ния шлаковым расплавом. Как уже отмечалось, конст­ рукция бурта может быть такой, чтобы выполнять од­ новременно функцию отсекающего кольца.

Технология намораживания позволяет получать фу­ терующий шлаковый слой на элементах трубопроводов весьма сложной конфигурации, например на отводах, имеющих три и более торцевых поверхности. В этом случае оснащение торцов фланцами, буртами, отсекаю­ щими кольцами и надставками аналогично описанному. Деление надставок по назначению условно и определя­ ется удобством проведения операций заливки шлака и слива жидкого остатка, а также лучшими условиями для получения удовлетворительного шлакового слоя. Например, при наличии в элементе трубопровода отвер­ стий разных диаметров можно рекомендовать исполь­ зовать отверстия с большими диаметрами; в некоторых случаях удобнее пользоваться одной горловиной.

Изготовленные соответственно этим требованиям ме­ таллические кожухи с установленными и закрепленны­ ми на них надставками считаются готовыми к заливке. Внутренняя поверхность кожуха по возможности че должна быть влажной, замасленной или сильно окис­ ленной, так как наличие пленок может вызвать образо­ вание газовых раковин и мелких, распределенных по

объему намерзающего шлакового слоя, пузырьков, ухуд­ шающих износоустойчивость футеровки.

Прочное сцепление шлакового слоя обеспечивается адгезионным взаимодействием шлака с металлом и об­ жатием шлака металлическим кожухом при охлаждении отливки.

Металлический кожух мы предварительно нагревали до 500—700° С. Как отмечалось в главе I, наибольшее адгезионное взаимодействие шлака с металлом дости­ гается при температурах в пограничной зоне 800—1050°С

первого этапа затвердевания (3—10 мин в зависимо­ сти от типа шлакового расплава). Поэтому в течение этого периода прочность сцепления металла со шлаком определяется в основном адгезионным взаимодействием. При дальнейшем понижении температуры в процессе совместной усадки обоих материалов все заметнее ска­ зывается сила обжатия шлакового слоя металлическим, так как коэффициент термического сжатия для стали выше, чем для шлака; этот эффект имеет относительно

Расплав в металлический кожух мы заливали из разливочного ковша при температуре шлака на 50— 100° выше его температуры солидуса. Время заливки металлического кожуха объемом 0,2—0,3 м3 не превы­ шало 0,5 мин. Шлак должен быть достаточно хорошо проплавлен, не содержать нешлаковых включений, на­ пример кусков кокса; необходимо принимать меры для предотвращения попадания в отливку больших кусков отвердевшего шлака, могущих привести к образованию наростов на шлаковой стенке.

После заливки расплава давали выдержку для на­ мораживания шлакового слоя. Время выдержки опреде­ ляли кинетикой роста твердого шлакового слоя на ме­ таллической поверхности. В соответствии с желаемой толщиной намораживаемого слоя шлака, условиями за­ ливки и видом применяемого шлака время наморажива­ ния может быть 3—5 мин и более.

Жидкий остаток шлака сливали переворачиванием отливки на 180° и снимали донную надставку или крышку, как это схематично показано на рис. 54. При этом необходимо было пробивать затвердевший шлако­ вый слой на поверхности торца отливки. Когда же сра­ зу после заливки мы прикрывали свободную поверх­ ность горловины теплоизолирующей крышкой, то такой необходимости не возникало, ибо твердая корка не ус­ певала образоваться. Такой эффект достигался, напри­

мер, засыпкой поверхности горловины вспученным вер­ микулитом.

0,3 м3сливается за 3—10 сек. Однако поверхностный слой шлака на стенках отливки в зависимости от условий за­ ливки и состава шлака про­ должает течь еще 0,5—1мин. Это время отливка должна находиться в положении

тнем только крышки на нижне подставке

«слив». При горизонтальном, напрть-мер, положении тру­ бы движение шлака по поверхности футерующего слоя может привести к образованию натеков, настылей на внутренней поверхности. Поверхностное течение шлака может приводить также к разностенности футерующего слоя по высоте трубы. После затвердевания шлакового слоя, характеризующегося прекращением его течения, изделие отжигали.

Вследствие неравномерного истирания шлакового слоя в элементах трубопроводов сложной конфигурации

возникает необходимость усиления его в местах наи­ большего износа. Это может быть достигнуто увеличе­ нием в этих местах толщины футерующего слоя. Мест­ ные утолщения мы получали, используя локальные хо­ лодильники, кожухи с приваренными полостями и т. д. Для намораживания шлакового слоя в объеме полости последнюю заполняли гравием (щебнем) из того же шлака, а для удержания его в полости прилива приме­ няли металлическую решетку. Использовали гравий крупной фракции, с тем чтобы шлаковый расплав мог заполнить промежутки между отдельными частицами и сцементировать их. На поверхности кожуха, покрытой гравием, намерзает значительно меньший шлаковый слой, поэтому металлическая решетка должна повто­ рять форму внутренней поверхности готового изделия, с тем чтобы после намораживания получился необходи­ мый внутренний диаметр трубы по всей ее длине. Схе­ ма получения изделия с местным утолщением показана на рис. 55.

Кинетика роста шлакового слоя

Изучение кинетики роста твердого шлакового слоя на «холодной» металлической поверхности преследует

раметрами для шлака определенного состава являются температура заливки и время выдержки шлакового расплава в металлическом кожухе (форме), температура металлического кожуха перед заливкой, геометрические размеры — диаметр и толщина стенки кожуха.

[156]. Для этого в металлический отрезок трубы, высо­ та которого в 3—5 раз больше диаметра, устанавлива­ ли по периметру термопары, располагая их спаи на различном расстоянии от стенки внутри трубы, что обеспечивало более полное изменение температуры по всей толщине намораживаемого слоя шлака. Например,

расстоянии до 20 мм от стенки кожуха, а также темпе­

ры были включены на шеститочечной электронный по­ тенциометр типа EKBT-6eN, что обеспечило одновре­ менную запись показаний всех термопар.

Характерное распределение температурных полей в отливке при намораживании шлака ММК на металли­ ческой поверхности приведено на рис. 57. При заливке шлакового расплава в металлический кожух слой шла­ ка, соприкасающийся с металлом, резко охлаждается. Теплопередачей от горячего шлака к относительно хо­ лодному металлу определяется температурный градиент

ля в шлаковом слое в процес­ се намораживания

граничного слоя и прилегающего к нему шлака на рас­

после заливки повысилась, в то время как температура внутренних слоев продолжала понижаться. Разогрелась до 800°С и металлическая труба. После этого условия теплопередачи изменились, началось постепенное, за­ медляющееся во времени, охлаждение металлической трубы и шлака. Температурный градиент по сечению

отливки также уменьшился с понижением температуры отливки.

Изучение характера изменения температурных усло­

лической поверхности; регулирование в этом месте тем­ пературы позволяет, в свою очередь, регулировать вели­ чину остеклованного шлакового слоя, что немаловажно для качества отливки.

Температура прогрева граничной зоны металл— шлак зависит от геометрических размеров кожуха —

Рис. 58. Распределение температур в погранич­ ной зоне при различных условиях заливки шлака и предварительного на­ грева металлического

кожуха

W = 15°c; 'ШЛ= І40°°С:

его диаметра и толщины стенки — и условии заливки, которые характеризуются данными, представленными на рис. 58. Во всех случаях после мгновенного резкого охлаждения граничного шлакового слоя при соприкос­ новении с относительно холодным металлом его темпе­ ратура начинает повышаться и, пройдя максимум при 1—7 мин выдержки, понижается. Максимальная темпе­ ратура прогрева этой зоны тем больше, чем выше тем­ пература заливаемого шлака и выше температура ме­ таллического кожуха перед заливкой. При этом чем выше максимум температуры, тем меньше время, необ­

ходимое для его достижения. Для нашего случая (диа­ метр металлического кожуха 170 и толщина стенки 9 мм) для любых условий заливки температура гранич­ ного слоя при 7 мин выдержки достигает 750° С. При дальнейшем охлаждении различия, обусловленные ус­ ловиями заливки, сглаживаются.

Особенно сильно на максимальную температуру про­ грева граничной зоны влияет нагрев металлического кожуха перед заливкой. Однако это влияние проявляет­ ся лишь после 400—500° С; нагрев кожуха с 15 до 400° С существенно не изменяет максимальной темпера­

зоны металл — шлак и тем больше ее величина. Но эта зависимость нелинейна: чем толще стенка, тем меньше сказывается на прогреве изменение ее толщины. Так, если при изменении толщины стенки с 6 до 9 мм мак­ симальная температура прогрева граничной зоны умень­ шается примерно на 30°, то при изменении толщины с 6 до 2 мм — примерно на 200°. При толщине стенки ме­ нее 2 мм следует ожидать дальнейшего, еще более рез­ кого увеличения температуры прогрева.

Диаметр металлического кожуха (в исследованных пределах 80—230 мм) влияет на величину прогрева гра­ ничной зоны незначительно. Увеличение этого диаметра выше 230 мм, по всей видимости, также не должно зна­ чительно изменить температурное поле вблизи металли­