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

Усадка при затвердевании

При затвердевании, так же как и в жидком состоя­

чем Іж. Это вызвано кристаллизацией шлаков, которая сопровождается выделением определенного количества энергии в виде теплоты кристаллизации, причем этот процесс в значительной степени зависит от скорости охлаждения. Структурирование расплава, как уже ука­ зывалось, вызывает аномальное поведение вязкости. Все это в той или иной мере оказывает влияние на измене­ ние удельного объема шлаков.

По аналогии с £„< усадку при затвердевании можно найти как

-1 _ р- ‘

(1.40)

Рл

где |з — усадка при затвердевании; р~ 1 — удельный объем шлака при температуре ликвидуса; р~* — то же, при температуре солидуса.

Температуру солидуса данного шлака находят по дилатограмме, и, как было нами уже показано [121], величина ее соответствует Г/ (если отсутствует площад­ ка на дилатограмме). Зная таким образом удельные объемы исследуемых шлаков при температурах начала и конца затвердевания, нетрудно подсчитать усадку при затвердевании.

Как уже отмечалось, при затвердевании шлака про­ исходят сложные процессы, связанные с кристаллиза­ цией, поэтому £3 нельзя объяснить чисто термическим сжатием, и коэффициент усадки при затвердевании а 3 теряет свой физический смысл.

По формуле (1.40) найдено для шлака ММК £з = = 2,12% и для шлака БГМК h = 0,81 %.

Усадка в твердом состоянии

Усадку в твердом состоянии £т обычно рассматри­ вают как линейную, но можно ее рассматривать и как объемную Іѵт. Линейную усадку шлаков мы определяли на приборе Чернобровкина [123], несколько видоизме­ ненном для силикатных расплавов, а также дилатомет­ рическим и аналитическим методами.

На этом приборе были получены характерные кине­ тические кривые (рис. 35). Диаметр полости графито­ вой трубки, в которую заливали расплав, составлял 30 мм, что затрудняло определение влияния степени закристаллизованное™ на усадку, так как последняя различалась по сечению. Поэтому мы применили более

Рис. 35. Кинетическая характеристика линей­ ной усадки шлаков ММК (я) и БГМК (б)

чувствительный прибор (рис. 36), принципиальное отли­ чие которого заключалось в том, что с помощью нагре­ вательного элемента, в котором заключен графитовый стержень с полостью диаметром 12—16 мм, регулирова­ ли любую скорость охлаждения расплава. Это давало возможность оценивать линейную усадку шлака в за­ висимости от степени его закристаллизованное™.

Дилатометрические кривые хотя и дают достаточно точную величину линейной усадки, но пригодны в основ­

ном для оценки | т — Т в равновесных (или близких к ним) условиях; вследствие медленного подъема темпе­ ратуры (по условию самого метода) невозможно оце­ нить влияние степени закристаллизованное™ на gT, так как любое стекло за это время успевает закристаллизо­ ваться.

Рис. 36. Общим вид прибо­ ра для нахождения зависи­ мости линейной усадки от изменения степени закристаллизованмости шлаков

Аналитический метод основывается на использовании зависимости (1.35). Если обозначить линейную усадкѵ

Al

у 100% через 5Т, то

в общем случае не является величиной, обратной коэф­ фициенту линейного расширения, т. е. оу ф ат. Однако

коэффициент линейной усадки, так же как и коэффици­ ент линейного расширения, является переменной вели­ чиной, зависящей от температуры, поэтому для расчетов

удобнее пользоваться средней величиной а т .

Из (1.41) находим

(1.42)

Учитывая, что объемная усадка в твердом состоянии приблизительно равна утроенной величине линейной усадки, т. е. £ут æ 3£т, формулу (1.42) можно написать гак:

—^Ѵт

й т ~ 3 ( Г — T t )

и, заменяя £ѵт соотношением, выраженным через удель­ ные объемы

— р, 1

Егт = -

(где рт 1 — удельный объем при искомой температуре), получим:

Следовательно, зная плотность при температуре солидуса и искомой мы можем найти среднее значение коэффициента линейной усадки при любой температуре

в интервале Тс— 7V Если же известен а т, полученный любым экспериментальным методом, то из (1.43) легко можно получить выражение для удельного объема (пли плотности) в любой точке Іѵт (Т):

где Гт — подвижная координата температуры.

Результаты исследования усадки шлаков ММК и БГМК в твердом состоянии представлены в табл. 5. Как видно, в принципе температурная зависимость усад­ ки шлаков в твердом состоянии, а также коэффициенты линейной усадки удовлетворительно определяются все­ ми использованными методами.

В зависимости от того, что мы хотим рассмотреть, можно пользоваться тем или иным способом, так как каждый из них обладает определенными преимущества­ ми и недостатками.

Сравнительная характеристика величины усадки в твердом состоянии, найденная различными путями

Полная усадка

Полную объемную усадку шлака от температуры за­ ливки до температуры выемки изделия из формы можно представить как сумму усадок в жидком состоянии, при затвердевании и объемной — в твердом состоянии, т. е.

Кривые полной усадки исследуемых шлаков изобра­ жены на рис. 37. Они показывают, что наибольшую усадку претерпевают шлаки в период затвердевания. Надо подчеркнуть, что сама по себе величина интервала затвердевания однозначно не определяет еще значения усадки при затвердевании. Более важно знать перепад плотностей в интервале температур ликвидус — солидус. Полную объемную усадку различных шлаков надо сравнивать при условии относительно одинакового пе-

Рис. 37. Кривая полной усадки шлаков ММК (а) и БГМК (б)

регрева выше температуры ликвидуса, что устраняет ошибки в оценке | п через £}К.

В связи с непосредственным контактированием шла­ ковых расплавов с металлами при изготовлении металло­ шлаковых труб полезно сравнить шлаков и металлов (рис. 38). Хотя общий характер кривых шлаков и ме­ таллов очень схож, имеются и существенные различия. Усадка шлака при затвердевании, как правило, прева­ лирует над всеми остальными видами усадок (в реаль­ ных условиях заливки), в то время как у стали, напри­ мер, этот участок кривой ВС незначителен, а у чугуна — еще меньше. Кроме того, в металлах за счет модификационных превращений в определенном интервале темпе­ ратур происходит объемное расширение, в то время как в изучаемых шлаках этого не наблюдается.

Физико-механические свойства шлаков

Прочностные и упругие свойства наряду с износо-, трегдино- H кислотостойкостыо определяют в конечном счете качество шлаковой отливки и весь ход технологи­ ческой разработки. Чугун и сталь — традиционные ли­ тейные материалы, как правило, хорошо изучены, и све­ дения по их свойствам можно найти в любом справочнике по этим материалам [126, 127]. Что же касается шла­ ков, то их в силу различных обстоятельств лишь недав­ но стали использовать в качестве литейного материала, поэтому и сведений о их свойствах (в том числе и о физико-механических) неизмеримо меньше.

Попытаемся кратко изложить сведения о физико-ме­ ханических свойствах шлаков ММК и БГМК, получен­ ные нами и другими авторами. Эти свойства связаны с химическим и фазовым составом шлака, его структурой, величиной кристаллов, наличием остаточных напряже­ ний, внешними условиями формирования отливки: ско­ ростью охлаждения (нагрева), температурой и т. п.