Файл: Новое в изготовлении и службе подин..pdf

дует, что интенсивное изменение величины критического давления происходит при переходе от порошка с зерном размером 0,1 мм к порошку с зерном размером 1,0 мм.

Чтобы началось пропитывание расплавленным ме­ таллом порошка с 80% зерен размером 0,1 мм, необхо­ димо сообщить избыточное давление 4 кгс/см2. Порош­ ки с зерном размером 1 мм пропитываются металлом

фр о,ова-г,о

Рис. 30. Металлопроницаемость (критическое давление) полифракционных по­ рошков, составленных из зерен размером 2—5 мм; 0,088—2 мм и менее 0,088 мм (цифры на кривых — давление, гс/см2)

при давлении 0,005—0,010 кгс/см2 (олово и цинк соот­ ветственно) и даже под действием гравитационных сил (ртуть).

Для определения металлопроницаемости порошков были выбраны трехфракционные смеси (см. табл. 13, рис. 30), которые практически охватывают все зерновые составы порошков, используемых для изготовления и ремонта подин, изготовления тиглей и подовых камней индукционных установок и других элементов металлур­ гических печей. Металлопроницаемость полифракцион­ ных порошков определяли лишь по отношению к рас­ плавленному цинку.

64

Как следует из рис.30, наиболее высокую металлопроницаемость имели порошки с зерном размером 2,0— 5,0 мм. Начало перемещения металла в таких порошках

ки 10% фракции 0,088 мм повышало величину критиче­ ского давления в два раза, а 30% — в десять раз.

Таким образом, прове­ денные эксперименты под­ твердили, что условием перемещения металличе­ ских расплавов в содер­ жащих дисперсные фрак­ ции магнезитовых порош­ ках является определен­ ное «критическое» давле­ ние. Поскольку футеров­ ка агрегатов, предназна­ ченных для плавления и

2 кгс/см2), то величина «критического» давления явля­ ется важным показателем эксплуатационных свойств футеровок из порошкообразных материалов. В то же время величина этого давления зависит от состава металла (рис. 29), поэтому представляется целесообразным ха­ рактеризовать порошкообразные материалы величиной эффективного радиуса межзернового пространства.

Зная поверхностное натяжение о, угол смачивания 0 и критическое давление Рк, определяли [77] эффектив­ ный радиус гп по уравнению

2а cos 0

Угол смачивания магнезиальной подложки оловом находится в пределах 138—145°, а величина поверхност­ ного натяжения при 400—500° С составляет 527 дин/см [79]. Рассчитанные на основе этих величин эффектив­ ные радиусы для порошков различной зернистости при­ ведены на рис. 31. Из-за отсутствия сведений о смачи­ вании магнезии цинком можно было лишь приближен-

но рассчитать эффективный радиус магнезитовых порошков, приняв величину угла смачивания цинком та­ кой же, как и оловом.

Такое допущение не должно привести к существен­ ной ошибке. Поскольку смачиваемость зависит от рабо­

ты адгезии (cos0 работа адгезии Wa приближен-

\°т !

но согласуется с величиной свободной энергии AF [80], то, представляя характеристическую функцию AF в ус­ ловиях температур и давления как изобарно-изотермный потенциал AZ [81,82] и сравнивая их величины для MgO, ZnO и SnO, можно предположить, что углы сма­ чивания магнезии цинком и оловом будут отличаться не более чем на 25%.

Рассчитанные таким путем величины эффективных радиусов для монофракционных порошков по результа­

Результаты эксперимента могут быть использованы для приближенных расчетов эффективных радиусов и критических давлений для порошков, содержащих ди­ сперсные фракции с эффективным радиусом 0,1 мм. В этих пределах расхождения в определениях величины

66

эффективного радиуса по результатам продавливания трех различных металлов для указанных порошков ме­ нее существенны, чем для более грубозернистых порош­ ков.

Используя приведенную зависимость Рк от о, 0 и гп, а также результаты определения критического давления и зерновые составы порошков, путем расчета определи­ ли критические давления жидкой стали при продавливании ее через порошки с различными эффективными радиусами (табл.15) н различного зернового состава

(табл.16).

Т а б л и ц а 15

Расчетная величина критического давления для продавливания жидкой стали через полифракционные порошки

Из табл. 15 и 16 следует, что материалы с эффектив­ ным радиусом пор 0,01 мм являются металлопроницае­ мыми в условиях агрегатов с давлением жидкого метал­ ла 1 кгс/см2.

Данные табл. 16 свидетельствуют также о высокой металлопроницаемости полифракционных свободно на­ сыпанных порошков, содержащих 50% зерен размером 0,1 мм. Поскольку высокое содержание дисперсных фракций в подвергающихся нагреванию порошках мо­ жет привести к их интенсивному спеканию, высокой усадке и образованию трещин, то регулирование эффек­ тивного радиуса только изменением зернового состава для практических целей неприемлемо.

Увеличение давления при прессовании существенно сокращает средний радиус пор [83]. При этом степень сокращения среднего радиуса пор в несколько раз боль­ ше, чем степень сокращения пористости прессовки. Ис­ следование связи между зерновым составом, эффектив-

* Экспериментальные данные.

ным радиусом пор порошков и степенью их уплотнения должно существенно облегчить выбор технологии изго­ товления эффективно работающих футеровок из уплот­ ненных порошков.

Процессы формирования подины без предварительного введения шлакующих материалов

Для выяснения возможности спекания магнезитовых порошков под давлением при различных температурах без спекающих добавок были проведены исследования по методике [84], аналогичной описанной в работе [85].

На рис. 32 показана установка, в которой проводили исследование.

В криптоловой печи 4 устанавливали графитовый цилиндр 6, в который засыпали испытуемый порошок 5. Сверху к порошку прилагалась нагрузка, равная 0,5 и 1,0 кгс/см2, соответствующая удельным заначениям дав­ ления жидкой стали на подину. Давление на испытуе­ мый порошок 5 передавалось графитовым стержнем 1. Испытуемый порошок нагревали до 1200 °С с выдерж-

68

(этот режим соответствует концу плавления плавки) и до 1600° С с выдержкой 0,25; 0,5; 1,0 ч при тех же нарузках (этот режим соответствует доводке и выпуску ме­ талла из печи). Для исследований использовали магне­

образцов была незначительной. Нагрев порошков МПМ до температур 1400 и 1600° С при любых нагрузках и выдержках вызвал значительное упрочнение образцов. Проведенные исследования позволяют за­ ключить, что уплотнение слоя магнезитовых порошков МПК и МПМ не может происходить в условиях работы сталеплавильных печей. В связи с этим сочли не­ обходимым разработать специальный состав магнези­ товых порошков, обеспечивающих формирование по­ дин мартеновский печей без предварительного про­

69