CC BY
14
УДК 621.744.
РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТАВОВ ТОРФОСОДЕРЖАЩИХ МЕТАЛЛОФОСФАТНЫХ СМЕСЕЙ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫХ ПЛАСТИН ТЕПЛОИЗОЛИРОВАННЫХ ЛЕГКООТДЕЛЯЕМЫХ ПРИБЫЛЕЙ
RESEARCH AND DEVELOPMENT OF COMPOSITIONS PEATY PHOSPHATE-METAL COMPOUND FOR PRODUCTION OF DISJUNCTIVE PLATES OF HEAT-ISULATED NECKED-DOWN RISERS
Н. В. Петрова, А. Ф. Журавлев, И. Е. Илларионов, И. А. Стрельников N. V. Petrova, A. F. Zhuravlev, I. E. Illarionov, I. A. Strelnikov
Чебоксарский политехнический институт (филиал)
ГОУ ВПО «Московский государственный открытый университет», г. Чебоксары
Аннотация. Рассмотрен способ изготовления разделительных пластин теплоизолированных легкоотделяемых прибылей с применением специально обработанного торфа и отхода производства санфаянсовых изделий.
Abstract. The method of production of disjunctive plate of heat-insulated necked-down risers by using specially treated peat and wastage in faience production is under consideration.
Ключевые слова: технология, стальное литье, торфосодержащая металлофосфатная смесь, отходы производства.
Keywords: technology, core-mold casting, peaty phosphate-metal compound, wastage.
Актуальность исследуемой проблемы. Применение легкоотделяемых прибылей значительно снижает трудоемкость обрубных операций и себестоимость литья, повышает производительность труда. Особенно прекрасно себя зарекомендовали легкоотделяемые прибыли на высокоуглеродистых, высоколегированных сталях и чугунах. Легкоотделяемые прибыли с теплоизоляционной оболочкой отличаются тем, что между прибылью и питаемым узлом отливки устанавливают тонкую огнеупорную разделительную пластину (диафрагму) с питающим отверстием малого диаметра. Но их широкое применение в литейном производстве ограничено тем, что к диафрагмам предъявляются высокие требования по прочностным характеристикам, термостойскости, осыпаемости, выбиваемости, условиям установки и крепления в формы, введением дополнительной операции на сборке формы [1, 331-380], [2, 35], [3].
Поэтому целью нашей работы явилась разработка составов разделительных пластин теплоизолированных легкоотделяемых прибылей с применением специально обработанного торфа и отхода производства санфаянсовых изделий. Эффективность питания и экономичность прибыли зависят от ее формы и соотношения основных размеров. К шейке легкоотделяемой прибыли прямого действия предъявляются дополнительные требования: она должна затвердевать позже кристаллизации питаемого узла. Высота шейки должна быть по возможности минимальной для хорошего прогрева разделительной пластины. Форма отверстия и конфигурация сужения шейки должны создавать условия для возник-
новения дополнительных внутренних напряжений, способствующих снижению общей работы отделения прибыли. На практике получили распространение диафрагмы с отверстиями в виде прямоугольника или эллипса (рис. 1).
Рис. 1. Схема легкоотделяемой теплоизоляционной оболочки:
1 - теплоизоляционная оболочка; 2 - вентиляционное отверстие;
3 - разделительная пластина; 4 - питающее отверстие
Материал и методика исследований. В качестве исследуемых материалов были использованы специально отработанный торф и отходы производства санфаянсовых изделий. Обработку торфа производили следующим методом: торф с низкой степенью разложения (не более 15 %) предварительно подсушивали при температуре 393 К и размалывали в лабораторной шаровой мельнице до величины частиц 20-50 мкм. Полученную торфяную пыль использовали также и в качестве улучшающей добавки в формовочную песчано-глинистую смесь.
Смесь приготавливали в лабораторных бегунах модели 018М. Вначале загружаются сухие компоненты: кварцевый песок 1К0315Б и пылевидный торф; перемешивание продолжается 4-5 мин. Далее вводится шликер в пастообразном состоянии (в таком состоянии он образуется в процессе производства санфаянсовых изделий и не требует специальной подготовки для дальнейшего использования) и металлофосфатное связующее МАФС-20ИК в требуемом количестве. Общая длительность приготовления смеси - 1012 мин. Специальные смеси обладают повышенной огнеупорностью, эрозионностойко-стью и хорошей выбиваемостью. Приготовленная смесь хранится в обычной таре и должна быть использована в течение 8 часов. Для контроля качества смеси изготавливают стандартные образцы для определения ее физико-механических свойств.
Диафрагмы формуют в металлических стержневых ящиках. Сушку проводят в печах в течение 1 ч при температуре 373-453 К или при температуре 523-573 К в течение 20 мин. После сушки поверхность диафрагмы не должна осыпаться. Г отовые диафрагмы должны быть прочными, без трещин и выломов. В сухом помещении допускается стопочное складирование по высоте не более 20 штук и хранение в течение 1 недели.
Результаты исследований и их обсуждение. В ходе исследований были применены отходы других производств: при производстве санфаянсовых изделий образуется большое количество высокодисперсного отхода - шликера с высоком содержанием 8Ю2 и А1203 в пастообразном состоянии (в ОАО «Сантек» образуется около 2 тонн данного отхода в месяц).
Химический состав шликера: 8Ю2 - 88,3; А1203 - 10,7; К2О - 0,5; №20 - 0,4; БеО (Бе203) - 0,1 %.
Ввиду высокой термостойкости смесей на основе шликера были проведены исследования по возможности применения данного отхода производства санфаянсовых изделий для изготовления разделительных пластин (диафрагм). В качестве связующего было использовано металлофосфатное связующее МАФС-20ИК как наиболее подходящее для работы в тяжелых условиях. Высокая термостойкость и эрозионная стойкость изделий обусловлены природой данных неорганических связующих.
Количество связующего было подобрано из анализа литературно-патентных источников и обусловлено условиями хранения, эксплуатации разделительных пластин и квалификацией работников. В состав смеси вводили мелкодисперсный торф для облегчения выбиваемости диафрагм, повышения поверхностной прочности высушенных изделий, улучшения пластических свойств и повышения сырой прочности. В связи с высоким содержанием жидкого стекла в смеси происходит сильное спекание и превращение диафрагмы в сплошной монолит. Добавка торфа позволяет на 15-20 % облегчить обрубные операции при использовании жидкостекольной специальной смеси.
При изготовлении разделительных пластин на прибыли массой более 35 кг рекомендуется нанесение противопригарного покрытия с обеих сторон. При большой массе прибыли толщина разделительной пластины должна быть увеличена на 15-20 %.
Проведена серия экспериментов по применению в качестве огнеупорного наполнителя отхода керамического производства. В табл. 1 приведен состав исследуемых смесей при изменении содержания исследуемой добавки.
Таблица 1
Состав и физико-механические свойства металлофосфатных смесей, содержащих шликер и специально обработанный торф, %
Наименование компонентов Содержание компонентов, %
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Кварцевый песок 1К0315Б 94,9 89,9 84,9 79,9 74,9 69,9 64,9 59,9 54,9 49,9
Шликер 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Торф 0,1
Металлофосфатное связующее МАФС-20ИК 13
На рис. 2 и 3 представлены физико-механические свойства металлофосфатных исследуемых смесей в виде графиков:
Рис. 2. Зависимость прочности на сжатие в сыром состоянии и на растяжение в сухом состоянии от содержания шликера в металлофосфатной смеси
Рис. 3. Влияние содержания шликера на осыпаемость металлофосфатной смеси
В результате проведенных исследований нами было установлено:
1. Разработанные специальные формовочные смеси обладают повышенной термостойкостью, эрозионностойкостью, пластичностью и повышенной поверхностной прочностью, при наличии в них отхода керамического производства - шликера.
2. Оптимальным содержанием шликера в смеси является 20-30 %, при этом исследуемые смеси обладают максимальными прочностными свойствами, термостойкостью, улучшенными пластическими свойствами.
3. При содержании шликера в смеси менее 20 % отмечено увеличение пригара, снижение сырой прочности на сжатие и увеличение прочности на растение. При содержании шликера в смеси более 30 % отмечается снижение прочности образцов на растяжение, сжатие в сыром состоянии, увеличение осыпаемости, пластичности (формуемости).
4. Оптимальным содержанием металлофосфатного связующего в смеси является 815 %. Содержание связующего в смеси ниже 8 % приведет к ухудшению физикомеханических свойств, а при его содержании свыше 15 % увеличивается себестоимость.
5. Оптимальным является режим сушки разделительных пластин из исследуемых смесей при температуре 373-453 К в течение 1 ч или при температуре 523-573 К - в течение 20 мин.
6. Готовые разделительные пластины должны быть прочными, без трещин и выломов. В сухом помещении допускается стопочное складирование по высоте не более 20 штук.
7. При изготовлении разделительных пластин на прибыли массой более 35 кг рекомендуется нанесение противопригарного покрытия с обеих сторон.
Резюме. Легкоотделяемые теплоизолированные прибыли с огнеупорной диафрагмой весьма перспективны в литейном производстве. Их применение позволит значительно снизить трудоемкость обрубных операций и себестоимость литья, повысить производительность труда. Используемые в составах диафрагм местные материалы отходов других производств санфаянсовых изделий позволяют улучшить экологическую обстановку в производстве санфаянсовых изделий.
ЛИТЕРАТУРА
1. Металлофосфатные связующие и смеси / И. Е. Илларионов и др. - Чебоксары : Изд-во ЧувГУ, 1995. - 524 с. : ил.
2. Новохацкий, В. А. Малоотходная технология производства стальных отливок с экзотермическими прибылями / В. А. Новохацкий, А. А. Жуков, Ю. И. Макарычев. - М. : Машиностроение, 1986 - 64 с. : ил.
3. Пат. 2189884 Российская Федерация МКИ В 22 С1/02. Формовочная смесь для изготовления литейных форм / А. А. Евлампиев, А. В. Королев, А. Ф. Журавлев ; заявитель и патентообладатель Чувашский государственный университет имени И. Н. Ульянова. - № 2001127613/02 ; заявл. 10.10.2001 ; опубл. 27.09.2002 , Бюл. № 27.
