Введение к работе
Актуальность работы. Каменное и шлако-каменное литье относится к числу тех немногих материалов, которые объединяют в себе целый комплекс положительных эксплуатационных свойств: высокие щелоче-, износо-, кислото- и термостойкость в сочетании с хорошими диэлектрическими свойствами и достаточно высокой механической прочностью, что обеспечивает каменному и шлако-каменному литью конкурентоспособность со сталью, чугуном, огнеупорными материалами, железобетонными изделиями, а использование его повышает срок службы в 2-6 раз. Шлако-каменное литье является не только заменителем металлов и сплавов, но и незаменимым самостоятельным материалом для обеспечения эффективного ведения многих технологических процессов.
Проблема защиты окружающей среды существует как в процессе текущего производства, так и в процессе хранения и складирования отходов в отвалах. Кроме того, отвалы оказывают вредное воздействие на поверхностные и грунтовые воды вследствие высокой основности шлаковых материалов и содержания в них сульфидов. Шлаковые отвалы приводят к устойчивому загрязнению почв и вод в прилежащих районах. Решение этой проблемы осуществляется путем переработки шлаков текущего производства и шлаков, находящихся в отвалах. Но применяемые способы переработки не позволяют полностью решить эти проблемы, так как после обработки, как правило, магнитной сепарацией извлекается и используется не более 30 % оксидов железа, остальное уходит в отвалы, поэтому шлаки необходимо подвергать более полной переработке. Одним из вариантов решения этой задачи является использование безотходной технологии, т.е. получение из шлаков литых изделий.
Отливки из оксидных сплавов склонны к стеклованию. При заливке и охлаждении в металлических и песчано-глинистых формах (ПГФ) они, как правило, затвердевают в стеклообразном состоянии. Для получения требуемых эксплуатационных свойств необходимо проводить кристаллизацию отливки: форму вместе с отливкой помещают в кристаллизационную печь при температуре кристаллизации и выдерживают в ней до получения необходимой степени закристаллизованности, либо отливку извлекают из формы и также помещают в кристаллизационную печь. В обоих случаях требуются дополнительные операции и, как следствие, энергетические затраты. Поэтому проблема получения отливок, закристаллизованных в форме, без проведения дополнительных операций по вторичной кристаллизации, является актуальной и в настоящее время.
Цель и задачи работы. Целью работы является получение отливок из оксидных сплавов, закристаллизованных в песчано-глинистой форме, с заданными эксплуатационными свойствами. Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:
1. Исследование теплофизических свойств шлако-каменных отливок и песчано-глинистой смеси (ПГС).
2. Исследование влияния теплоизолирующих материалов, введенных в песчано-глинистую форму, на кристаллизацию шлако-каменных отливок и особенности формирования структуры и свойств отливок в различных условиях охлаждения.
3. Определение критической скорости охлаждения для шлако-каменных отливок.
4. Разработка рекомендаций по регулированию кристаллизации шлако-каменных отливок.
Научная новизна работы
1. Установлена взаимосвязь теплофизических свойств шлако-каменных отливок с их химическим составом и температурой.
2. Установлена взаимосвязь теплофизических свойств формы с температурой, степенью черноты, содержанием глины, плотностью набивки и размером фракции песка.
3. Установлены закономерности изменения температуры отливок при литье в ПГФ с теплоизолятором и без теплоизолятора.
4. Рассчитаны критические скорости охлаждения шлако-каменных отливок в ПГФ.
5. Установлена взаимосвязь скорости охлаждения со степенью закристаллизованности отливок.
На защиту выносятся
1. Результаты экспериментальных исследований, теоретического анализа и выявленные закономерности влияния химического состава и температуры на теплофизические свойства шлако-каменных отливок.
2. Результаты экспериментальных исследований, теоретического анализа и выявленные закономерности взаимосвязи температуры, степени черноты, размера фракции песка, содержания глины и плотности набивки с теплофизическими свойствами ПГФ.
3. Результаты экспериментальных исследований по влиянию скорости охлаждения в ПГФ на кристаллизацию отливок.
4. Результаты исследований по влиянию скорости охлаждения на структуру, фазовый состав, физико-механические и химические свойства шлако-каменных отливок.
Практическая ценность работы
Разработаны технологические рекомендации для получения закристаллизованных отливок из оксидных сплавов в ПГФ.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались на 65, 66, 67, 68 научно-технических конференциях МГТУ (г. Магнитогорск, 2007-2010 гг.); на 11и 12 научно-технической конференции молодых специалистов ЗАО «МРК» (г. Магнитогорск, 2007-2008 гг.); на 4 научно-технической конференции молодых специалистов ОАО «ММК-Метиз» (г. Магнитогорск, 2008 г.).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 9 статей и тезисов докладов.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, библиографического списка из 106 наименований. Она изложена на 127 страницах машинописного текста, содержит 42 рисунка, 14 таблиц и 5 приложений.
