Мазорчук Володимир Федорович. Кристалізація розплаву з використанням надливної вставки, що плаває, яка виготовлена з вторинних матеріа : Дис... канд. наук: 05.16.04 - 2009.
Анотація до роботи:
Мазорчук В.Ф. Кристалізація розплаву з використанням надливної вставки, що плаває, яка виготовлена з вторинних матеріалів – Рукопис.
Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.16.04 – ливарне виробництво. Національна металургійна академія України, Дніпропетровськ, 2009.
Дисертація присвячена дослідженню процесів затвердіння металу надливної частини виливка (злитка) за умов використання надливної вставки нової конструкції; розробці складу вогнетривкої формувальної суміші на основі золи-виносу Придніпровської ТЕС з ефективнішими теплофізичними властивостями для виробництва надливної вставки, що плаває; комп’ютерному моделюванню процесу твердіння злитка для прогнозування і встановлення зон виникнення усадкових дефектів, впливу надливної вставки, що плаває, на якість литого металу.
Особливістю розробленої вогнетривкої формувальної суміші є те, що вона виробляється на основі відходів – золи-виносу Придніпровської ТЕС. Експериментально встановлена температура нагріву та охолодження надливної вставки, що плаває, і побудовано температурне поле форми вставки у процесі заливки, спливання на протязі ~15 хвилин та після затвердіння злитка масою 2700 кг.
Виконано комп’ютерне моделювання у СКМ ЛП «Полігон» процесів твердіння та охолодження розплаву виливку та злитка, нагріву і охолодження надливної вставки, що плаває. Адаптацію моделі виконували з урахуванням температурних полів надливної вставки, що були отримані експериментально.
Встановлено зменшення неметалевих вкраплень по висоті та радіусу злитка, середнього розміру зерна в осьовій зоні та у зовнішніх шарах злитка масою 2700 кг у порівнянні з серійним. Розроблена технологія забезпечує усунення усадкової шпаристості, зменшення висоти залягання концентрованої усадкової раковини та скорочення витрат металу на надлив.
У дисертаційній роботі отримані нові розв’язання науково-прикладної задачі, які полягають у визначенні впливу надливної вставки, що плаває, на процес затвердіння сталевих та чавунних виливків з розробкою раціональної технології виробництва надливної вставки, що плаває і яка виготовлена з вогнетривкої формувальної суміші на основі золи-винос Придніпровської ТЕС. Це дає можливість ефективніше теплоізолювати надлив, що забезпечить зменшення розміру зерна, кількість неметалевих вкраплень і усунення піднадливних дефектів у виливках та зменшення браку литого металу.
На основі проведених теоретичних та експериментальних досліджень зроблені наступні основні висновки:
Аналіз технічної літератури та сучасного стану виготовлення сталевих та чавунних виливків показав, що робота спрямована на дослідження теплових процесів у надливній частині виливка (злитка), моделювання процесів кристалізації металу, удосконалення технології литва з прогнозуванням та встановленням зон виникнення усадкових дефектів, підвищення якості і зменшення браку литого металу, є актуальною.
Розроблено технологію зменшення витрат металу на надлив за рахунок використання надливної вставки, що плаває, яка при сифонній розливці розплаву акумулює тепло перегріву металу, що заливається, а після спливання вгору забезпечує утеплення надливу та спрямоване затвердіння виливка.
Встановлені фізико-хімічні властивості відходів Придніпровської ТЕС – золи-виносу. Її основу складають оксиди SiO2 ~48,1%, Al2O3 ~23,4%, Fe2O3 ~7.2%, CaO ~2,3% та MgO ~1,1%. Рентгенофазовим аналізом показано, що у складі золи-винос кремнезем представлений вільним кварцом, а також структурно зв’язаним SiO2 у складі муліта (3Al2O32SiO2). Дослідження на деріватографі золи-виносу виявило декілька екзотермічних ефектів при вигоранні залишкового вуглецю та ряд хімічних зольних перетворень.
Розроблено склад вогнетривкої формувальної суміші для виготовлення надливної вставки, що плаває, на основі вторинних матеріалів (зола-винос ТЄС 77-87% та зола від спалювання лузги 13-23%). Встановлено, що міцність на стиснення стандартних зразків із часом витримки на повітрі 1, 2, 3 та 24 години (0,35 МПа; 0,41 МПа; 0,53 МПа; 2,79 МПа відповідно) не поступається стандартним формувальним сумішам.
Встановлені теплофізичні властивості розробленої вогнетривкої формувальної суміші при температурі 300С: питома теплоємність С = 697 Дж/кгК, теплопровідність = 0,352, Вт/мК, теплоакумулююча здатність bф = 630,27 Втс/мК. Менша теплоакумулююча здатність суміші при порівнянні з піщано-глинистою сумішшю та шамотом дозволяє ефективніше теплоізолювати надливну частину виливка.
Моделювання процесу нагріву суміші різноманітних складів на зразках 50 мм, занурених в індукційну піч з рідким металом (t=1580-1590С), дозволило встановити змінення температури у центрі зразка протягом 18 хв., її жаростійкість та визначити раціональний склад вогнетривкої суміші для виготовлення надливної вставки, що плаває.
Встановлено температурне поле форми надливної вставки, що плаває, у процесі її спливання у виливниці протягом 15 хв. та після затвердіння до 160 хв., злитка масою 2700 кг.
Розроблено теплофізичну модель затвердіння злитка 460 мм та каландрового валу 450 мм (12000 кг) з надливною вставкою, що плаває, та з товщиною стінки, що змінюється (25 і 50 мм). Адаптацію моделі проводили з використанням отриманих експериментальних температурних замірів.
Порівняльний аналіз динаміки затвердіння каландрових валів, відлитих за серійною технологією і з використанням надливної вставки, що плаває, у комп’ютерній програмі СКМ ЛП «Полігон» показав, що розроблена технологія більш ефективно теплоізолює надлив, а тривалість її затвердіння збільшується у 2,3 рази.
Моделювання процесу затвердіння злитків з надливною вставкою, що плаває, показало, що глибина залягання теплового вузла у серійному злитку складає 85 мм, в дослідному з товщиною стінки вставки 50 мм – 34 мм і з товщиною стінки вставки 25 мм – 17 мм.
Моделювання розподілу концентрованих усадкових дефектів показало, що глибина їх залягання у серійному злитку масою 2700 кг складає ~155 мм, в опитному з товщиною стінки вставки 50 мм – ~86 мм та товщиною стінки вставки 25 мм – ~51 мм. Зменшення витрат металу на надлив в опитному злитку з товщиною стінки вставки 50 мм склало ~7,7 кг і з товщиною стінки вставки 25 мм – ~27 кг. Крім того, були повністю усунені піднадливні усадкові дефекти при використанні розробленої технології.
Порівняльний аналіз показав, що в дослідному злитку мікроструктура по висоті та радіусу більш однорідна, ніж у серійному. Середній розмір зерна у дослідному злитку становить близько 0,48 мм та у серійному близько 0,85 мм. Подрібнення зерна в дослідному злитку обумовлено зменшенням температури рідкої сталі за умов відведення тепла перегріву у надливну вставку, що плаває, під час заливки, що призводить до прискорення процесу кристалізації виливка.
Встановлено, що у злитку, відлитому за серійною технологією, неметалеві вкраплення розподілені нерівномірно і складають в середньому близько 2,07%, а в дослідному близько 1,54%. Надливна вставка, що плаває, збільшує тривалість затвердіння надлива і запобігає утворенню «мостів». Це забезпечує спливання неметалевих вкраплень у верхню частину злитка.
Встановлено, що розроблена технологія збільшує щільність сталі. Середнє значення щільності метала серійного злитка склало ~7,843 г/см3, а дослідного ~7,867 г/см3.
Результати роботи пройшли випробування у промислових умовах на ВАТ «ІНТЕРПАЙП НТЗ» (м. Дніпропетровськ), акт від 22.11.07. Крім того, розроблені теоретичні положення використовуються в навчальному процесі на кафедрі ливарного виробництва НМетАУ при викладанні лекційних курсів з дисциплін «Технологічні основи ливарного виробництва» і «Затвердіння металів», а також при виконанні студентами дипломних проектів та робіт (довідка від 02.06.2008 р.).
Публікації автора:
Формовочные смеси для прибылей массивных отливок / В.Е. Хрычиков, В.Ю. Селиверстов, В.Ф. Мазорчук, Ю.В. Доценко [и др.] // Теория и практика металлургии – 2004. – №6. – С. 77-81.
Формовочные смеси для прибылей стальных отливок и использованием золы-унос Приднепровской ТЭС / В.Е. Хрычиков, В.Ю. Селиверстов, В.Ф. Мазорчук, Р.В. Усенко, О.С. Наумов, Г.В. Фоменко // Металлургическая и горнорудная промышленность – 2006. – №2. – С. 36-38.
Определение температурного поля плавающей прибыльной вставки / В.Е. Хрычиков, В.Ю. Селиверстов, В.Ф. Мазорчук, Р.В. Усенко // Металлургическая и горнорудная промышленность – 2008. – №3. – С. 36-38.
Формовочные смеси из вторичных материалов для прибылей отливок В.Е. Хрычиков, В.Ю. Селиверстов, Ю.В. Доценко, В.Ф. Мазорчук // Металлургическая и горнорудная промышленность – 2005. – №4. – С. 34-36.
Khrychikov V.E. Forming mixes for profits massive casting / V.E. Khrychikov, J.V. Dotsenko, V.J. Selivyorstov, V.F.Mazorchuk: The 6th International Symposium of Croatian Metallurgical Society "Materials and Metallurgy" SHMD’2004. (Zagreb, Croatia, July 20 – 30, 2004) / Metalurgija. – 2004. – vol. 43. S. 232.
Хрычиков В.Е. Исследование физико-химических свойств золы Приднепровской ТЭС в качестве компонента формовочных смесей / В.Е. Хрычиков, О.С. Наумов, В.Ф. Мазорчук, Г.В. Фоменко // зб. тезисов докладов на международном науч.-техн. конгрессе [Экономический путь к высококачественному литью], (Киев, 7-9 июня 2005 г.) Национальная академия наук Украины. – К.: Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, 2005. – С. 132.
Мазорчук В.Ф. Сравнительный анализ использования различных связующих материалов в огнеупорных формовочных смесях на основе высокодисперсных золоотходов Приднепровской ТЭС / Мазорчук В.Ф., В.Е. Хрычиков, В.Ю. Селиверстов, Ю.В. Доценко // материалы II международной науч.-практ. выставки-конференции [Литье 2006] (Запорожье, 15-16 марта). – Запорожье: Запорожская торгово-промышленная палата, 2006. – С. 61.
Хрычиков В.Е. Способ снижения непроизводительных потерь металла на прибыль при производстве крупных стальных отливок и слитков / В.Е. Хрычиков, В.Ю. Селиверстов, В.Ф. Мазорчук, Ю.В. Доценко // зб. матеріалів XI міжнародної наук.-техн. конф. [Неметалеві вкраплення і гази у ливарних сплавах] (Запоріжжя, 19-22 вересня, 2006 р.). – Запоріжжя: Запорізький національний технічний університет, 2006. – С. 94-95.
Мазорчук В.Ф. Применение золы-уноса Приднепровской ТЭС в качестве компонента огнеупорной формовочной смеси в литейном производстве: материалы XXXII международной научн.-техн. конференции, (Запорожье, 17-18 ноября, 2005 г.) / ОАО «Запорожсталь». – Запорожье: ОАО «Запорожсталь», 2005. – 152 с.
Мазорчук В.Ф. Условия тепловой работы плавающей прибыли: материалы XXXIV международной научн.-техн. конференции, (Запорожье, 22-23 ноября, 2007 г.) / ОАО «Запорожсталь». – Запорожье: ОАО «Запорожсталь», 2007. – 199 с.
