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

ются с большей скоростью, чем середина, и к тому же стадг при этом не успевает достичь своего максимума.

Тенденция к отрыву шлакового слоя от металличе­ ского объясняется опережающей усадкой шлака. Хотя ишл < «мет, абсолютная величина линейной усадки шлака в этот период больше аналогичной усадки ме­ талла, вследствие того что температурный перепад в шлаковом слое больше (см., например, рис. 62). Это обстоятельство давало нам основание при расчете тер­ моупругих напряжений в шлаковом слое рассматривать его как однослойный цилиндр и производить расчет из условий плоского деформированного состояния (L » d ). При этом мы допускали, что структура шлакового слоя

однородна, модуль упругости и ашл постоянны в интер­ вале температур, в котором соблюдаются закономерно­ сти упругого тела, т. е. ниже Те, и зависят от темпера­ туры выше Tg аналогично данным, приведенным в [158]. Как уже отмечалось ранее, шлак при затверде­ вании меняет свою реологическую характеристику, по­ этому мы принимали, что в шлаковом слое в интервале Тс — Tg возникают вязко-упругие, а ниже Тш— упругие напряжения.

Используя систему уравнений для термоупругих на­

в шлаковом слое существуют три критические области,

пряжения по направлениям, касательным к окружности с центром, сов­ падающим с осью и расположенным в плоскости, перпендикулярной

в котором мы ограничились первыми четырьмя членами.

трещин по окружности трубы. В условиях эксплуатации они приводят к сколу шлака, что может сделать негод­ ной всю трубу. Продольные трещины на рабочей по­ верхности, вызываемые, как правило, растягивающими напряжениями а0, хотя и нежелательны, но в условиях

эксплуатации менее опасны.

600

ІОО

200

1,оS

Рис. 65. Характер распределения напряжений в шлаковом слое

/ —• радиальные аг; 2 — окружные CTQ ; 3 — осевые

Построенный по максимальным значениям осевых напряжений сф,акс график а (т) при различной скорости

охлаждения шлакового слоя (рис. 66) дает возможность определить предельное время пребывания отливки на воздухе после выливания жидкого остатка. Согласно этому графику время разрушения шлакового слоя за счет растягивающих напряжений наступает значительно раньше, чем за счет сжимающих, и поэтому время пре­ бывания трубы на воздухе перед помещением в терми­ ческую печь (т) не должно превышать 10—12 мин для отливки, затвердевающей со скоростью ßi (см. рис. 63), и Т2 < 184-20 мин для отливки, затвердевающей со ско­ ростью ß2.

Как показала практика, этого времени достаточно для осуществления технологических операций по изго-

товленшо способом намораживания металлошлаковой трубы или другого элемента трубопровода (колена, от­ воды и т. п.). Если по каким-либо причинам невозмож­ но уложиться в Тир, надо принять меры по снижению

&2 -10*н/мг

Рис. 66. Изменение максимальных осевых напряжений по времени

/ — при скорости охлаждения Рі ; 2 — то же, ßs

опасных напряжений путем, например, уменьшения тем­ пературы заливки, предварительного нагрева металли­ ческого кожуха либо совместно воздействовать этими факторами.

Выбор некоторых параметров термической обработки металлошлаковых изделий

Термическая обработка металлошлаковых изделий необходима для повышения износоустойчивых свойств и получения плотного, без трещин, шлакового слоя. По­ этому режим термообработки должен определяться достигаемой в результате ее стойкостью шлака против истирания абразивными материалами и его механиче­ ской прочностью. Режим термической обработки, как правило, предусматривает кристаллизацию из стекла и отжиг.

Эти характеристики индивидуальны для каждого шлака. Многие металлургические шлаки обладают вы­ сокой склонностью к кристаллизации, поэтому для них

ющего охлаждения с заданной скоростью [159]. Неко­ торые шлаки, например титанистый доменный НТМК, шлак фосфорного производства ЧЗФС, хорошо кристал­ лизуются непосредственно из расплава, причем степень закристаллизованное™ достигает 95% [160]. Однако и в этих случаях возникает необходимость дополнитель­ ного отжига— все зависит от достигнутой стойкости шлакового слоя к истиранию.

Температуру кристаллизационной выдержки мы оп­ ределяли по термограммам шлака. При нагреве остек­ лованного шлака ММК кристаллизация из стекла ос­ новной минералогической фазы (мелилита) начинается при 940° и заканчивается при 1100° С уже при скорости нагрева ~ 200 град/мин. Следовательно, температура кристаллизационной выдержки может быть принята равной 1000—1050° С. Кристаллизация происходит бы­ стро, поэтому для ее прохождения в шлаковом слое до­ статочно 20—30 мин выдержки при этих температурах.

Медеплавильный шлак БГМК кристаллизуется из стекла при 820—1000° С, дальнейшее повышение темпе­ ратуры приводит к плавлению шлака (отмечаемому по термограмме с 1050° С) и, следовательно, к возможной деформации отливки. Температура термообработки это­ го шлака должна быть равной 900—950° С, н время, ее должно быть увеличено до 0,5—1 ч, так как этот шлак характеризуется меньшей склонностью к кристаллиза­ ции.

Если шлаковый слой после намораживания полно­ стью остеклован, то возможна деформация его при на­ греве до температуры отжига и выдержке при этой температуре. Температура размягчения остеклованного металлургического шлака ММК, определяемая дилато­

Кристаллизация резко увеличивает вязкость шлака, дальнейшая деформация шлакового слоя становится не­ возможной вплоть до температур плавления шлака. По­ этому надежной гарантией предотвращения деформа­ ции шлакового слоя является создание при наморажн-

вании условий для прохождения кристаллизации из расплава, создающей устойчивый каркас в шлаковом слое. Однако и в этом случае остается стекловидный слой, образующийся в результате резкого охлаждения соприкасающегося с металлическим кожухом шлаково­ го расплава.

Кристаллизация остаточного стекла также улучшает стойкость шлакового слоя к истиранию.

Если для достижения необходимой кристаллизации из стекла очень важны температура и время выдержки изделия в печи, то для проведения отжига важна еще и скорость охлаждения. Большие скорости ведут, как пра­ вило, к разрушению отливки. Однако следует заметить, что металлошлаковые изделия типа труб, колен и т. п. могут выдержать практически любую скорость охлаж­ дения и быть после этого годными к эксплуатации. Это несомненное достоинство объясняется тем, что при терми­ ческой обработке температура наружного металлическо­ го и внутреннего шлакового слоев выравниваются через определенное время, например в трубе, футерованной шлаком ММК, через 18 мил (рис. 67).

При совместном охлаждении величина линейной усадки стали опережает аналогичную величину шлако­ вого слоя в противоположность условиям, рассмотрен­ ным в предыдущей главе, так как перепад температур

при ОСмет > Опта У НИХ ПОЧТИ ОДНИЭКОВ. П ОЭ ТОМ У ИХ COB-

местное охлаждение характеризуется сильным обжатием шлакового слоя металлическим, в результате чего если