WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

На правах рукописи

Журавлв Андрей Фдорович

РАЗРАБОТКА МЕТАЛЛОФОСФАТНЫХ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ СМЕСЕЙ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА И ВЫХОДА ГОДНОГО МЕТАЛЛА ОТЛИВОК

Специальность 05.16.04 – Литейное производство

Автореферат диссертации на соискание учной степени кандидата технических наук

Нижний Новгород 2012

Работа выполнена в Чебоксарском политехническом институте (филиал) ГОУ ВПО «Московский государственный открытый университет» Научный руководитель – заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации и Чувашской Республики, доктор технических наук, профессор, действительный член РАЕН Илларионов Илья Егорович Официальные оппоненты – доктор технических наук, профессор Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева (г. Н.Новгород) Сивков Владимир Лаврентьевич – доктор технических наук, профессор Волгоградского государственного технического университета (г. Волгоград) Кидалов Николай Алексеевич Ведущее предприятие – ФГБОУ ВПО «Южно - Уральский государственный университет» (национальный исследовательский университет).

Защита диссертации состоится «21» декабря 2012 года в «13» часов на заседании диссертационного совета Д212.165.07 в Нижегородском государственном техническом университете имени Р.Е.Алексеева по адресу: 603950, ГСП – 41, Нижний Новгород, ул. Минина, д.24, аудитория 1258.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного технического университета имени Р.Е. Алексеева.

Ваш отзыв на автореферат диссертации, заверенный печатью организации, просим направлять по указанному выше почтовому адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета Д212.165.07, а также по факсу (8352) 30-43-82, 52-63-42 или по электронной почте по адресу: zhuraf@mail.ru.

Автореферат разослан «20» ноября 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д212.165.доктор технических наук, профессор В.А.Ульянов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы Современное машиностроение требует постоянного совершенствования технологии получения отливок, повышения их качества, снижения себестоимости производства отливок и вредного воздействия на окружающую среду.

Применение теплоизолированных прибылей позволяет увеличить технологический выход годного металла и снизить себестоимость производства литых заготовок. Утепление стенок прибылей теплоизоляционными смесями способствует значительному улучшению питания отливки, повышению плотности подприбыльной зоны и уменьшению е размеров. Замедление отвода теплоты от прибыли к форме можно достичь подбором соответствующего теплоизолирующего материала.

Исследовали влияние теплоизоляционной добавки (5 – 60 % массовой доли) природного материала – торфа с низкой степенью разложения (не более 15%) на свойства теплоизоляционной смеси.

Основная причина исследования торфа – это теплоизоляционные свойства материала. Торфяное сырь имеет волокнистую структуру мелкопористого строения с открытыми сообщающимися порами (с общей пористостью 97%), образованными за счет повышенного водозатворения и создания волокнистого каркаса.

Вторая причина исследования торфа – это его связующая способность.

Образцы из чистого торфа после специальной обработки обладают механической прочностью на изгиб 0,25 – 0,45 МПа.

Третья причина – это возобновляемые ископаемые ресурсы. На территории Российской Федерации расположена практически половина всех запасов торфа на планете. Торфа образуется ежегодно в 125 раз больше, чем его добывают. Он «прирастает» на 0,5 – 1,5 мм в год. Так, в Чувашской Республике 2торфяных месторождений общей площадью 9,2 тыс. га с общим ресурсом более 10 млн. т, а промышленная добыча ведется всего на одном месторождении объемом около 16 тыс. т в год.

Одной из экологически чистых смесей являются смеси с применением металлофосфатных связующих. В связи с этим в работе проведены исследования по разработке теплоизоляционных металлофосфатных смесей.

Металлофосфатные смеси обладают достаточно высокой прочностью и теплоизолирующей способностью и не содержат токсичных веществ. Трудами отечественных ученых С. С. Жуковского, И. Е. Илларионова, В. А. Копейкина, Ю. П. Поручикова, Л. Г. Судакаса, М. М. Сычева и других внесен существенный вклад в становление науки о металлофосфатных связующих как самостоятельной области материаловедения.

Таким образом, разработка новых теплоизоляционных металлофосфатных смесей и технологических процессов изготовления качественных отливок с их применением, является актуальной задачей.

Цель и задачи работы Цель работы – исследование, разработка и внедрение в производство составов торфосодержащих теплоизоляционных смесей с применением металлофосфатных связующих для повышения качества и выхода годного металла отливок. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие основные задачи:

1. Применение торфа с низкой степенью разложения в литейном производстве в качестве теплоизоляционной добавки.

2. Исследование влияния коэффициента теплопроводности теплоизоляционных материалов на продолжительность кристаллизации металла в прибыли.

3. Разработка технологии теплоизоляции прибылей и составов теплоизоляционных смесей с применением торфа и металлофосфатных связующих.

4. Исследование механизма физико - химического отверждения металлофосфатного связующего с отвердителями на основе оксидов металлов и физико - механических свойств смесей.

5. Исследование свойств смесей, разработка их составов и технологии изготовления разделительных пластин для легкоотделяемых теплоизолированных прибылей с применением торфа и шликера.

6. Проведение опытно - промышленных испытаний и внедрение разработанных технологических процессов.

Научная новизна:

1. Уточнн механизм физико - химического отверждения металлофосфатного связующего с порошкообразными отвердителями.

2. Теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены способы по изменению коэффициента теплопроводности теплоизоляционных смесей с применением торфа.

3. Разработаны составы теплоизоляционных смесей для утепления прибылей отливок (патент РФ № 2356688 и № 2455108).

4. Определена область применения шликера в качестве огнеупорной добавки в смесь, реализованной в производстве разделительных пластин легкоотделяемых теплоизолированных прибылей (патент РФ № 2189884).

Практическая значимость и реализация результатов работы:

1. Разработаны составы стержневых, формовочных и теплоизоляционных металлофосфатных смесей с использованием торфа, отходов производств машиностроительного комплекса и шликера.

2. Выявлена и проанализирована зависимость физико - механических свойств металлофосфатных смесей от содержания связующего, типа отвердителя, улучшающих добавок и условий отверждения.

3. Разработана технология изготовления стопочных безопочных форм из металлофосфатных смесей, позволяющая значительно улучшить качество отливок, снизить трудомкость финишных операций, брак по холодным и горячим трещинам, организовать повторное использование отработанных смесей.

4. Разработаны и внедрены составы смесей и отработана технология изготовления разделительных пластин легкоотделяемых теплоизолированных прибылей, позволяющая значительно снизить трудомкость обрубных операций на следующих предприятиях: ОАО «Баймакский литейно - механический завод им. Ш. Худайбердина», г. Баймак, Республика Башкортостан (ОАО «БЛМЗ») и ОАО «Чебоксарский агрегатный завод», г. Чебоксары, Чувашская Республика (ОАО «ЧАЗ»).

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Результаты исследования зависимости физико - механических свойств металлофосфатных смесей от связующего, типа и количества применяемого отвердителя, улучшающих добавок и условий отверждения.

2. Разработанные составы стержневых, формовочных и теплоизоляционных металлофосфатных смесей с применением торфа.

3. Результаты исследования влияния торфа, шликера и улучшающих добавок на качественные характеристики смесей.

4. Технологический процесс обработки торфа с целью получения заданных свойств, изготовления теплоизоляционных изделий и разделительных пластин легкоотделяемых теплоизолированных прибылей с применением металлофосфатных связующих.

5. Результаты опытно - промышленных испытаний.

Достоверность Разработанные и исследованные технологические процессы и составы формовочных, стержневых и теплоизоляционных металлофосфатных смесей прошли промышленные испытания на ОАО «Чебоксарский агрегатный завод» (г. Чебоксары), ОАО «Баймакский литейно - механический завод им. Ш. Худайбердина» (г. Баймак).

Апробация работы Результаты диссертационной работы докладывались на конференциях в г. Чебоксары (2005, 2006, 2010, 2011 и 2012гг), г. Тула (2006г) и г. Нижний Новгород (2010, 2012 гг).

Личное участие Все экспериментальные исследования по теме диссертации, как в лабораторных, так и в производственных условиях, а также обработка и анализ полученных результатов выполнены лично автором.

Публикации По теме диссертации опубликовано в периодических рецензируемых изданиях 5 работ и получено 3 патента РФ на изобретение.

Объем работы и структура Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, приложений и списка литературы. Изложена на 194 страницах машинописного текста. В ней 25 таблиц, 69 рисунков, список литературы (128 наименований) и 5 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложена общая характеристика, обоснована актуальность, сформулированы цель и задачи, показана новизна и практическая значимость работы, перечислены основные результаты, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрено современное состояние производства отливок в разовых песчано - глинистых формах, выявлены особенности и специфика изготовления форм и стержней с применением различных связующих. Произведен системно - структурный анализ и литературно - патентный поиск данных по применению экологически чистых малоотходных связующих, выявлены недостатки существующих технологий изготовления форм и стержней. Намечены пути исследования и перспективы применения металлофосфатных связующих в литейном производстве.

Определены общие закономерности отверждения металлофосфатных стержневых и формовочных смесей, свойства металлофосфатных связующих.

Одним из путей снижения себестоимости литых заготовок является снижение металлоемкости формы, которое может быть достигнуто за счет применения теплоизоляции прибылей с использованием оболочек (вкладышей) из теплоизоляционных смесей. Применение теплоизоляционных прибыльных оболочек позволяет снизить массу прибыли по сравнению с обычными на 30 – 60%.

Сформулированы предпосылки применения новых теплоизоляционных материалов и металлофосфатных связующих в теплоизоляционных смесях.

На основании этого обоснована актуальность работ, поставлены цели и сформулированы задачи исследований.

Во второй главе приведен анализ закономерностей отверждения металлофосфатных смесей и кинетика структурообразования при различных соотношениях связующих и отвердителей – оксидов металлов в смеси, условий отверждения. Металлофосфатное связующее в чистом виде не отверждается в интервале температур 291 – 303 К. Для отверждения связующего в упомянутом интервале температур применяют различные отвердители, которые, чаще всего, представляют собой оксиды различных металлов, таких, как Fe, Mg, Cu, Be и др. Наиболее доступными и дешевыми можно считать отвердители на основе различных оксидов Fe – материалы, содержащие свыше 50% оксидов железа.

При взаимодействии металлофосфатного связующего с железосодержащим отвердителем происходит отщепление двух атомов водорода от связующего и одного атома кислорода от железосодержащего отвердителя с образованием одной или нескольких молекул воды и неорганических полимеров.

Образующаяся при отверждении структура, состоящая из сшитых неорганических полимеров, характеризуется высокой прочностью, но является достаточно хрупкой.

Исследованы свойства смесей и оптимизированы составы металлофосфатных смесей, отверждаемые порошкообразными отвердителями на основе оксидов металлов.

Разработана технология изготовления стержней и форм с применением металлофосфатных смесей. Определены методы управления технологическими свойствами металлофосфатных смесей.

Для расширения границ применения металлофосфатных связующих на производственном объединении ОАО «ХИМПРОМ» г. Новочебоксарск отработан технологической процесс производства магнийалюмофосфатного связующего (МАФС). Технология производства была разработана сотрудниками кафедры технологии конструкционных материалов и литейного производства Чебоксарского политехнического института (филиал) МГОУ под руководством д - ра техн. наук, профессора И.Е. Илларионова совместно с техническими специалистами ПО «ХИМПРОМ». Полученное по новой энерго- и ресурсосберегающей технологии металлофосфатное связующее, обладает высокой стабильностью физико – химических и эксплуатационных свойств. Опытные работы с данным металлофосфатным связующим были проведены на ОАО «ЧАЗ» и были получены положительные результаты.

Переход на металлофосфатные связующие от синтетических смол в литейном цехе значительно улучшает экологическую обстановку в цехе, позволяет организовать регенерацию формовочных и стержневых смесей с минимальными капиталовложениями.

В качестве отвердителей металлофосфатных смесей в исследованиях использовали железосодержащие отходы машиностроительного комплекса, что позволяет частично решить вопрос утилизации данных отходов. В наших исследованиях применяли отходы электросталеплавильного производства ОАО «ЧАЗ» и ООО «Промтрактор – Промлит». По реакционной способности в металлофосфатных смесях они значительно различаются, так как обладают разными гранулометрическими и химическими составами. Представлены результаты исследований зависимостей свойств металлофосфатных смесей от содержания и типа связующего, отвердителя, улучшающих добавок в виде графических и табличных данных.

Графики зависимостей свойств холоднотвердеющих металлофосфатных смесей (ХТС) от связующего МАФС, отверждаемых ОЭСП ОАО «ЧАЗ», представлены на рисунках 1, 2.

Анализируя проведенную серию экспериментов, можно сделать выводы:

1. Применение ОЭСП сталелитейного цеха ОАО «ЧАЗ» позволяет достичь изменения физико - механических свойств металлофосфатных ХТС: прочности на растяжение через 4ч - 0,31 – 1,16 МПа; прочности на сжатие через 4ч - 1,4 – 3,15 МПа; живучести 3 – 13 мин; осыпаемости - 0,02 – 0,21 %; газопроницаемости - 116 – 185 ед.

2. Установлено, что оптимальным содержанием металлофосфатного связующего в смеси (при массовой доле ОЭСП 4 %) является 4 – 6,5 %.

3. При массовой доле связующего МАФС более 6,5 % в смеси происходит незначительное увеличение прочности на растяжение и сжатие; снижение газопроницаемости и осыпаемости; увеличение живучести и удорожание смеси.

4. Уменьшение массораст, МПа сж, МПа вой доли связующего 1,МАФС менее 4 % в смеси ведет к повышению газопроницаемости и осыпае1,мости; снижению прочностных характеристик на 1,2,растяжение и сжатие.

В условиях небольшого литейного производства и проведения в одних 0,и тех же печах выплавки разных марок черных 0,сплавов, ОЭСП обладает 1,нестабильным химическим 0,составом, что затрудняет Массовая доля МАФС, % его применение в качестве 0,2 отвердителя по причине 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,постоянной корректировки массовой доли в смеси.

- прочность на растяжение через 4 ч Поэтому были прове - прочность на сжатие через 4 ч дены исследования свойств Рисунок 1. Зависимость прочности на растяжение и металлофосфатных смесей, прочности на сжатие ХТС от содержания связующего МАФС отверждаемые магнезитовыми каустическими по190 0,рошками, в т.ч. прокаленных при 1473 – 1513К. Исполь180 -газопроницаемость зование магнезитового 0,- осыпаемость каустического порошка 1марки ПМК – 80, обладающего высокими физико 160 0,– механическими свойствами, позволяет получить 1ХТС со стабильными ха0,рактеристиками.

1Химический состав магнезитового каустического 130 0,порошка марки ПМК - 80, %: MgO – 80; CaO – 3,5;

1SiO2 – 2,5; Fe2O3 (FeO) – 2,0,и др. примеси. Изменение 1Массовая доля МАФС, % массы при прокаливании – 100 0 10 %.

Лабораторные иссле2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 дования влияния связуюРисунок 2. Зависимость газопроницаемость и осыпаемость щего, отвердителя в смеси ХТС от содержания МАФС на свойства ХТС проводи осыпаемость,% газопроницаемость, ед.

лись в лабораториях кафедры технологии конструкционных материалов и литейного производства ЧПИ (филиал) ГОУ ВПО «Московский государственный открытый университет», а опытно - промышленные испытания проводили в условиях чугунолитейного цеха ОАО «БЛМЗ».

Особый интерес вызывает применение прокаленного при 1473 – 1513 К магнезитового каустического порошка марки ПМК – 80, позволяющего значительно увеличить активность отвердителя (более чем на 45 %), снизить его расход в смеси, устранить разупрочнение и улучшить физико - механические свойства металлофосфатной ХТС.

Исследованиями отмечено, что применение улучшающих добавок и катализаторов отверждения значительно изменяет свойства металло- фосфатных смесей.

Приведены результаты исследований и разработки оптимальных составов формовочных металлофосфатных смесей для стопочных безопочных форм, отверждаемые тепловой подсушкой. Представлены результаты экспериментов влияния на свойства стержневых смесей связующего, улучшающих добавок, температуры и времени подсушки форм и стержней. Опробование проводилось на ОАО «БЛМЗ».

Актуальным является вопрос утилизации или вторичного использования отработанных стержневых смесей. В связи с этим отработана технология регенерации отработанных смесей и повторного их использования.

Исследована зависимость физико - механических свойств металлофосфатных смесей от регенерата.

Доказано, что металлофосфатная смесь с массовой долей 10 – 50 % оборотной составляющей обладает следующими физико - механическими свойствами: прочность на растяжение через 4ч - 0,8 – 0,91 МПа; на сжатие через 4ч - 2,6 – 3,1 МПа; живучесть - 12 – 16 мин; осыпаемость - 0,14 – 0,18 %; газопроницаемость - 195 – 222 ед. Установлено, что при массовой доле более 50 % оборотной составляющей в составе смеси увеличивается осыпаемость образцов, снижается прочность на сжатие и растяжение, ухудшается уплотняемость и текучесть смеси.

В третьей главе представлены результаты исследования влияния коэффициента теплопроводности на эффективность теплоизоляции смеси, рассмотрены вопросы применения специальных прибылей облицованных экзотермическими и теплоизоляционными вставками. Приведен сравнительный анализ разных методов теплоизоляции и обогрева прибылей отливок. Применение теплоизоляционных смесей экономически выгодно;

технология изготовления теплоизоляционных оболочек и вставок не вызывает затруднений и изготавливается на существующем стержневом оборудовании литейного цеха.

Значительное влияние на коэффициент теплопроводности могут оказывать температура, давление, а у пористых материалов еще и влажность. С увеличением средней плотности материала теплопроводность возрастает. С увеличением влажности материала теплопроводность также резко возрастает, при этом понижаются его теплоизоляционные свойства.

Теплоизоляционные материалы необходимо хранить в сухом помещении.

Средний коэффициент теплопроводности у исследуемого теплоизоляционного материала составляет 0,48 Вт/(м2. К).

Торф – это сложный многокомпонентный природный материал, физико - химические свойства которого изменяются в широком диапазоне не только по глубине залегания, но и в пределах одного горизонта выработки торфяного месторождения. Для выравнивания требуемых технологических свойств торфа необходимо механическое перемешивание по глубине и горизонту извлекаемого сырья.

Химический состав торфа, который определяется условиями генезиса, химическим составом растений – торфообразователей и степенью разложения следующий, %: углерод 50 – 64; водород 5,2 – 6,8; азот 0,6 – 1,4; сера 0,02 – 0,08; кислород 26,0 – 45,0.

Групповой состав, %: битумы 2 – 16; водорастворимые и легкогидролизуемые 10 – 58; гуминовые кислоты 10 – 50; целлюлоза 12 – 27; лигнин 2 – 18.

В диссертации изложена разработанная нами технология обработки торфа и изготовления теплоизоляционных оболочек, заключающаяся в нижеследующем:

1. Очищенный торф с низкой степенью разложения расчесывается в распушителе и подается в варочный смеситель, куда поступает горячая вода. В смесителе при температуре 338…343К торф варится до расщепления торфяных волокон, получения однородной массы и выделения смоляных веществ. Продолжительность обработки и механического перемешивания составляет 20 – 25 мин.

2. Сухие составляющие трепел и кварцевый песок смешивают в катковых бегунах в течение 3 мин. Готовую однородную пастообразную торфяную массу и металлофосфатное связующее в соответствующей пропорции подают в смешивающие катковые бегуны. Продолжительность перемешивания 5 – 10 мин. Готовую однородную теплоизоляционную смесь подают на стержневой участок, где происходит формовка теплоизоляционных оболочек.

3. Отформованные теплоизоляционные оболочки на поддонах поступают в сушильную камеру. Сушка производится при температуре 413 К в течение 5 – 6 ч. Остаточная влажность не должна превышать 5 %.

Полученные составы смесей обладают высокими теплоизоляционными свойствами за счет того, что торфяное волокно не разрушается и отформованная оболочка обладает высокой пористостью.

В исследованиях дополнительно применяли трепел, который является хорошим огнеупорным теплоизолятором и катализатором отверждения металлофосфатной смеси при тепловой подсушке.

Химический состав трепела, %: оксиды кремния 60,3 – 72,5; железа 2,8 – 4,2; алюминия 2,8 – 4,2; кальция 2,6 – 12,3; магния 0,9 – 1,3; натрия 0,18 – 0,29; калия 1,4 – 1,5. Плотность трепела составляет 800 кг/м3.

Исследованы и разсж, МПа работаны оптимальные со1,ставы теплоизоляционных металлофосфатных смесей, 1,отверждаемых тепловой подсушкой. Представлены 1,(графическими и табличными данными) результаты изучения влияния 1,связующего, теплоизоляционных добавок на свой0,ства смесей. Опробование проводилось на ОАО 0,«ЧАЗ».

При увеличении мас0,совой доли в теплоизоляционной смеси специально 0,обработанного торфа сниМассовая доля торфа в смеси, % жается коэффициент 0,теплопроводности , проч5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ность на растяжение в сухом состоянии (рисуРисунок 3. Зависимость прочности на растяжение в сухом состоянии от содержания торфа в теплоизоляционной смеси нок 3, 4).

При увеличении мас4,6 0,совой доли торфа до 35 % 4,в смеси происходит увели0,чение осыпаемости образ4,цов, но при дальнейшем 4,увеличении массовой доли 0,торфа осыпаемость 4,уменьшается по причине 0,4,наличия вяжущих свойств самого торфа. Следует 4,0,отметить, что масса иссле3,дуемых образцов уменьшается пропорционально 0,3,увеличению массовой доли 3,торфа в смеси.

0,Приведена структура 3,и классификация различных Массовая доля торфа в смеси, % 3,5 0,теплоизолирующих материалов. Приведены сравни- 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 - осыпаемость тельные характеристики теплоизоляционных матери- - коэфффициент теплопроводности при 1573К, Вт/(м2`К) алов.

Рисунок 4. Влияние торфа на осыпаемость и коэффициент теплопроводности теплоизоляционной смеси осыпаемость( Х 0,01), % 1573 К, Вт/(м2`К) коэффициент теплопроводности при Разработаны оптимальные составы теплоизоляционных смесей с различными теплоизоляционными добавками: минеральная и шлаковая вата, ваграночный шлак, опилки, торф и т.д. Представлены графики зависимостей физико - механических свойств смесей (прочность, теплопроводность, осыпаемость, газопроницаемость, живучесть и другие) от массовой доли теплоизоляционной добавки, связующего, технологических добавок, способа изготовления оболочек.

Рисунок 5. Схема установки термопар в форму В лабораторных условиях теплоизоляционные 10оболочки (внутренние 10размеры 100Х150 мм и 10толщиной стенки 10 мм) 99были заформованы в еди9ную формовочную смесь, 9и проведены сравнитель99ные исследования эффек9тивности работы данных 9оболочек (рисунок 5).

99Хромель – алюминиевая 8термопара №1 подключена 8к электронному самописцу 88и установлена на расстоя8нии 10 мм от полости от8ливки – границе теплоизо88время, с ляционная оболочка – фор8ма. Термопару № 2 помес0 4 5 6 7 10 15 20 25 30 35 40 45 50 тили в центр полости форТ ликвидус Т солидус контр.форма мы для определения харакс 20% торфа с 40% торфа с 60% торфа теристик кристаллизации отливки. Форму сверху заРисунок 6. Кривые охлаждения отливки (термопара №2) при крывали теплоизолированразном составе смеси ной верхней полуформой.

температура для термопары №2, К Формы заливали раст, МПа сж, МПа сплавом AЛ2 при тем3,5 0,1пературе 1023 К. Были записаны температур3,3 0,1ные кривые прогрева 3,1 0,1литейной формы на границе теплоизоляци2,9 0,0онная оболочка – форма при заливке, соответст2,7 0,0вующих термопарам 1 и 2,5 0,02 и температурные кривые (скорости) охлажде2,3 0,0ния отливки (соответствующие термопаре №2) 2,1 0,0в зависимости от состава 1,9 0,0теплоизоляционной смеси (рисунок 6). Запись 1,7 0,0Массовая доля шликера в м/ф смеси, % температур осуществлялась на потенциометре 1,5 0,0ЭПП – 09М3.

5 10 15 20 25 30 35 40 45 При сравнитель- прочность на растяжение ных исследованиях в ла -прочность на сжатие во влажном состоянии бораторных условиях выявлено, что расплав в Рисунок 7. Зависимость прочности на сжатие в сыром состоянии и теплоизоляционных обона растяжение в сухом состоянии от массовой доли шликера в смеси лочках находится в жидком состоянии по сравнению с песчано - глинистой формой (контрольная смесь) значительно дольше по времени, что связано с низкой теплопроводностью разработанной смеси. В связи с этим продолжительность работы прибыли может быть значительно увеличена.

Разработанные составы успешно прошли производственные испытания теплоизоляции прибылей чугунных и стальных отливок в условиях ОАО «ЧАЗ».

Применение легкоотделяемых теплоизолированных прибылей значительно снижает трудомкость обрубных операций, повышает производительность труда и снижает себестоимость литья.

К шейке легкоотделяемой прибыли прямого действия предъявляются дополнительные требования: она должна затвердевать позже питаемого узла и е высота должна быть по возможности минимальной – для хорошего прогрева разделительной пластины.

Форма отверстия и конфигурация сужения шейки должна создавать условия возникновения дополнительных внутренних напряжений, способствующих снижению общей работы по отделению прибыли от отливки. На практике получили распространение диафрагмы с отверстиями в виде прямоугольника или эллипса.

К разделительным пластинам легкоотделяемой теплоизолированной прибыли предъявляются повышенные требования по термостойкости, эрозионной стойкости, прочности в сыром состоянии и после просушки, хорошей выбиваемости и т.д. На производстве фаянсовых изделий из керамики образуется большое количество высокодисперсного отхода – шликера с высоким содержанием SiO2 и Al2O3 в пастообразном состоянии (на ОАО «Сантек», г. Чебоксары образуется около 2 тонн данного отхода в месяц).

Химический состав шликера, %: SiO2 – 88,3; Al2O3 – 10,7; K2O – 0,5;

Na2O– 0,4; Fe2O3 – 0,1.

Были проведены и представлены результаты исследования свойств смесей в зависимости от массовой доли добавки шликера в специальную металлофосфатную смесь (рисунок 7) и связующего МАФС.

Установлено, что оптимальный массовой долей шликера в смеси составляет 20 – 25 %. В состав специальной смеси вводили мелкодисперсный торф в массовой долей 0,1 % для облегчения выбиваемости диафрагм, повышения поверхностной прочности высушенных изделий, улучшения пластических свойств и повышения сырой прочности на 30 – 40 %.

В четвертой главе приведены результаты опытно – промышленных испытаний и внедрений технологических процессов изготовления стержней и стопочных безопочных форм на металлофосфатном связующем на ОАО «Баймакский литейно - механический завод». Отработаны оптимальные составы металлофосфатных формовочных и стержневых смесей для производства отливок из износостойкого чугуна и стали.

На ОАО «Чебоксарский агрегатный завод» проведено промышленные опробование теплоизоляции прибылей при получении отливки корпуса буксы, позволившее уменьшить массу прибылей на 32 %.

Ожидаемый экономический эффект от применения разрабатываемых технологий на ОАО «ЧАЗ» и ОАО «БЛМЗ» составляет 1100 тыс. рублей Общие выводы 1. Изучены закономерности отверждения металлофосфатных смесей и механизм взаимодействия алюмохромфосфатного и магнийалюмофосфатного связующих с отвердителями на основе оксидов металлов. Проведены исследования изменения свойств металлофосфатных смесей в зависимости от типа и количества применяемых отвердителей (отхода электросталеплавильного производства, магнезитовых каустических порошков, в т.ч. прокаленных при Т = 1473 – 1513 К) и улучшающих добавок, торфа и трепела и др.

2. Разработаны составы формовочных металлофосфатных смесей, отверждаемые кратковременной (0,5 ч) тепловой подсушкой при Т = 448 – 453 К, с высокими физико – механическими свойствами для стопочной безопочной формовки (прочность на растяжение в пределах 3,12 МПа, осыпаемость – 0,02 %, газопроницаемость 175 ед.), что позволило повысить качество поверхности литых заготовок, производительность труда более чем 2,5 раза и улучшить экологическую обстановку в литейном цехе.

3. Установлено, что коэффициент теплопроводности исследуемых смесей с применением торфа изменяется в пределах 0,76 – 0,21 Вт/(м2. К). Проанализированы существующие теплоизоляционные смеси, применяемые теплоизоляционные и связующие материалы.

4. Разработаны специальные смеси, содержащие отход производства фаянсовых изделий и торфа. Исследуемые смеси получили применение при изготовлении разделительных пластин теплоизолированных легкоотделяемых прибылей. Исследованы и представлены зависимости свойств смесей от содержания шликера в пределах 5 – 50 %. При массовой доле шликера в смеси 20 – 25 % исследуемые смеси обладают повышенными прочностными характеристиками (прочность на растяжение 2,8 – 3,1 МПа, на сжатие во влажном состоянии до 0,1 МПа, осыпаемость 0,072 – 0,095 %) и улучшенными пластическими свойствами.

Добавка торфа в состав специальной смеси позволяет значительно улучшить отпечаток при формовке, уменьшить прилипаемость смеси к модельной оснастке на 16 % и снизить индекс выбиваемости.

5. Выявлена динамика изменения температурного поля в оболочках и формах из различных теплоизоляторов. Установлено, что массовая доля торфа в теплоизоляционной смеси до 60% позволяет увеличить время активной работы прибыли в 2 раза, при уменьшении объема прибыли в 1,7 – 2,1 раза. Применение оболочек из металлофосфатных смесей для теплоизоляции прибылей не оказывает отрицательного влияния на химический состав отливок.

6. Результаты выполненных исследований прошли опытно - промышленные испытания на ОАО «Чебоксарский агрегатный завод» и ОАО « Баймакский литейно - механический завод им. Ш. Худайбердина». Ожидаемый экономический эффект от внедрения выполненных исследований и внедрения в производство составит 1100 тыс. рублей.

Основные результаты диссертационного исследования опубликованы в работах:

1. Журавлев А.Ф. О применении торфосодержащих теплоизоляционных смесей на металлофосфатных связующих/ И.Е.Илларионов, А.Ф. Журавлев // Литейное производство. – М., 2011. – №6. – С.34 – 36.

2. Журавлев А.Ф. Особенности применения специальных смесей для легкоотделяемых прибылей/ И.Е.Илларионов, И.А. Стрельников, А.Ф. Журавлев// Заготовительное производство в машиностроении. – М., 2011. – №9. – С.8 – 9.

3. Журавлев А.Ф. Разработка методики исследования зависимости водородного показателя магнийалюмофосфатного связующего от разбавления водой/ И.Е. Илларионов, А.В.Решетников, Н.В.Петрова, А.Ф. Журавлев, И.А.

Стрельников// Заготовительные производства предприятий Волго-Вятского региона: тр. 2-й науч. - практ. конф. – Н.Новгород, 2010. – С.142 – 149.

4. Журавлев А.Ф. Разработка и исследование составов торфосодержащих металлофосфатных смесей для изготовления разделительных пластин теплоизолированных легкоотделяемых прибылей/ Н.В. Петрова, И.Е.Илларионов, А.Ф. Журавлев, И.А. Стрельников // Вестник Чуваш. гос. пед. ун - та им. И.Я.

Яковлева. Чебоксары, 2010. – №4(68). – С.159 – 15. Журавлев А.Ф. Разработка и исследование торфосодержащих теплоизоляционных смесей на металлофосфатных связующих/ Н.В. Петрова, И.Е.

Илларионов, А.Ф. Журавлев, В.В. Музянов // Вестник Чуваш. гос. пед. ун - та им. И.Я. Яковлева. Чебоксары, 2010. – №4(68). – С.153 – 158.

6. Пат. 2189884 РФ, МПК 7 В22С1/02. Формовочная смесь для изготовления литейных форм / А.А.Евлампиев, А.В. Королев, А.Ф.Журавлев// Заявл.

10.10.2001. №2001127613/02. Опубл. 27.09.2002.

7. Пат. 2356688 РФ, МПК В22D 27/06. Теплоизоляционная смесь для утепления прибылей отливок/ И.Е.Илларионов, И.А. Стрельников, А.Ф. Журавлев, Н.В Петрова// Заявл. 27.11.2007. № 2007144151/02. Опубл. 27.05.2009. Бюл. № 15.

8. Пат. 2455108 РФ, МПК В22D 27/06. Теплоизоляционная смесь для утепления прибылей отливок/ И.Е.Илларионов, И.А. Стрельников, А.Ф. Журавлев// Заявл. 03.05.2011. № 2011117816/02. Опубл. 10.07.2012. Бюл. № 19.

Объем 1,0 п.л. Тираж 100 экз.

Отпечатано в типографии ЧПИ (ф) МГОУ 428000, г. Чебоксары, ул.П.Лумумбы,






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.