Способ прокаливания оболочковых форм по выплавляемым моделям

Способ прокаливания оболочковых форм по выплавляемым моделям

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ПРОКАЛИВАНИЯ ОБОЛОЧКОВЫХ ФОРМ ПО ИЛПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ, включающий нагрев оболочковых форм до 540-560°С в потоке окислительного газа, выдержку и последующее их вакуумирование до остаточного давления 10-100 мм рт.ст., отличающийся тем, что, с целью сокращения времени и улучшения качества прокаливания за счет принудительной подачи окислительного газа в оболочковую форму и удаления из нее продуктов горения, на оболочковую форму сразу после достижения вакуума повторно воздействуют потоком окислительного газа, подаваемого при температуре прокаливания в в течение 1-2 мин, причем цикл операций вакуумирование - воздействие потоком окислительного газа в указанной последовательности, повторяют 3-12 раз.

СОКИ СОВЕТСКИХ

COON

РЕСПУБЛИК

3ДП В 22 С 9/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЖ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ВтО1 СКОЬ1У СВИДДтЯЛЬСтау (21) 2978875/22-02 (22) 01. 09. 80 (46) 15. 04. 83. Бюл. 9 14 (72) И.Б. Ферштатер, В.Н. Тимков и H.È. Патракеев (53) 621.744.58г66.047 621.74.045 (088. 8) (56) 1.Литье по выплавляемым моделям.

Инженерная монография. Под ред.

Я.И. Шкленника. М., "Машиностроение", 1971, с. 233.

2. Авторское свидетельство СССР

М 270195, кл. В 22 С 9/04, 1969.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 555970, кл. В 22 С 9/04, 1975.

4. Есин О.A., Гельд П.В. Физическая химия пирометаллургических процессов, ч. Е Свердловск, 1962, с. 146-. 150, 225.,SU„„11326 A (54}(57) СПОСОБ ПРОКАЛИВАНИЯ ОБОЛОЧКОВЫХ ФОРМ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ, включающий нагрев оболочковых форм до 540-560оС в потоке окислительного газа, выдержку и последующее их вакуумирование до остаточного давления 10-100 мм рт.ст., о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью сокращения времени и улучшения качества прокаливания за счет принудительной подачи окислительного газа в оболочковую форму и удаления из нее продуктов горения, на оболочковую форму сразу после достижения вакуума повторно воздействуют потоком окислительного газа, подаваемого при температуре прокаливания в течение 1-2 мин, причем цикл операций вакуумирование — воздействие потоком окислительного газа в укаэанной последовательности повторяют

3-12 раз.

1011326

Изобретение относится к литейному производству, н частности к литью по ныпланляемым моделям.

Ыироко применяется прокаливание оболочконых форм по ныплавляемым моделям нагревом в окислительной среде до 800- 1200 С 6 ч для удалении из форм остатков модельного состава и других органических составляющих 1)

Однако высокие температуры вызывают структурные изменения материала форм, н результате снижается их прочность.

Известен способ, позволяющий снизить температуру прокаливания форм эа счет нагрева их в вакууме до температуры возгонки и кипения органи15 ческих составляющих и повысить прочность формы 2 ).

Однако вследствие термического разложения органических составляющих форм в камере может создаваться 20 взрывоопасная среда. Кроме того, испаряющаяся- органика осаждается на внутренних полостях вакуумного обо" рудонания. Это затрудняет обслуживание и сокращает срок службы уста- 25 нонки

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению янляется способ прокалки керамиче ских форм, включающий операцию нагрева н окислительной среде с последующим вакуу>иронанием (3 ).

Недостатки известного способа (2) устранены н нем, так как основная масса органических составлякщих форм удаляется и разлагается при нагреве в потоке окислительного -газа. Продукт разложения (пиролиза) органики — сажистый углерод осаждается. во всем объеме оболочконых форм, закупоривая поры. Основным показателем качества прокаливания являет-. ся содержание остаточного углерода н оболочковых формах, что определяет их гаэопроницаемость и газотворность. Удовлетворительное качество 45 прокаливания достигается при содер>кании остаточного углерода 0,030,09% нес. Процесс удаления сажистого углерода можно условно разделить на 2 стадии: реакция горения (окисление углерода ), удаление газообразных продуктов горения. При прокаливании оболочковых форм по выпланляемым моделям любым способом большая часть времени уходит на удаление сажистorо углерода иэ пор керамики, так как туда затруднены доступ кислорода и удаление продуктов горения.

Прокаливание в вакууме после сжигания органики в потоке окислитель- 6О ного газа j3 1 не может обеспечить высокой скорости удаления сажистого углерода, так как наряду с ускорением 2-ой стадии процесса, низкое парциальное давление кислорода не мо-6g жет обеспечить интенсивной реакции горения (4 ). Это является основной причиной недостатка прототипа - низкого качества и недостаточной скорости прокаливания Форм.

Цель изобретения — сокращение времени и повышение качества прокаливания эа счет принудительной подачи окислительного газа в оболочковую

Форму и удаления из нее продуктов горения.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу прокали-, вания оболочконых форм по выплавляемым моделям, включающем их нагрев в потоке окислительного газа до

540-S60oC выдержку при этой температуре с последующим вакуумированием до остаточного давления 10

100 мм рт.ст., сразу после достижения вакуума на оболбчковую форму повторно воздействуют потоком окислительного газа, подаваемого при тем" пературе прокаливания, 1-2 мин, при чем цикл операций вакуумиронание— воздействие потоком окислительного газа в указанной последовательности повторяют 3-12 раэ.

Замена длительной выдержки оболочковых форм по выплавляемым моделям (содержащих сажистый углерод, оставшийся после выжигания органических составляющих формы в потоке окислительного газа в вакууме при

540-560 С на повторное воздействие потока горячего окислительного газа сразу после достижения вакуума и повторение цикла операций: вакуумирование — воздействие потоком окислительного газа в указанной последовательности 3-12 раз, создает оптимальные условия для горения сажистого углерода. Принудительная подача горячего окислительного газа к нагретой форме чередуется с принудительным удалением продуктов горения, что позволяет значительно ускорить прокаливание и улучшить его качество.

Для определения оптимальных режимов прокаливания и уточнения их параметров .на промышленной установке была проведена серия опытов.

Удовлетворительно прокаленными считают оболочконые фор>ы, содержащие менее 0,09% остаточного углерода.

Установка представляет собой шахтную печь сопротивления с герметичным кожухом и крышкой. Объем рабочего пространства печи 0,4 м3.

Мощность печи — 18 квт. Вакуумная система состоит иэ насоса марки

BH-4Г, ресивера объемом 1 м и трубопровода Пу — 100. Используют 2 типа проб различной сложности. Модели изготавливают из модельной массы ПС-50-50. Оболочковую форму получают по обычной технологии из гидролизованного этилсиликата 40, 1011326

Тип

rtpoбы

-Роат, мм рт. ст. ост

% вес.

Количество циклов

Опыты

Предлагаемый способ

2,0 8

2,0 8

1,7 8

31,0

1,5

0,5

0,035

0,037

j27,О

1,0

0,5

28,6

1,5

0,072

100

0,2

0,1, 1,5

1,6 8

0,094

0,040

27,8

150

1,0 Ъ

1,5 8

27,0

0,5

23,0

1,0

0,5

0,5

39,0

3 0

0,5

2 5

35,0

2,5 2,0

0,5

41,0

2,0 12

2,0 15

1 5

0,5

45,0

101,5

0,5

0,5

21,0

2,0

1,5

17,0

2,0 1

2,0 1

1,5

0 5

0,5

17,0 0,110

13

1,5 маршалита и кварцевого песка с вакуум-аммиачной :.сушкой. Наносят 4 слоя. Вытопку моделей производят в горячей воде. В качестве окислнтельного газа применяют сжатый воздух. Воздух подогревают, пропуская через змеевик, расположенный в рабочем пространстве прокалочной печи. Во всех опытах прокаливание проводят при оптимальной температуре 5500С в рабочем пространстве печи и температуре сжатого -воздуха

550 С. Ограничение температурного интервала 540-560 С сверху объясняется тем, что при 573оС в кварце происходи-.: полиморфное превращение, которое приводит к растрескиванию оболочковой форьы. Большое приближение к 573оC нежелательно иэ-за температурной неоднородности в рабочем пространстве печи (отдельные формы могут находится в более горячей зоне, чем термопара). При температуре ниже 540 С длительность ,процесса значительно увеличивается.

Длительность нагрева и выдержки в потоке окислительного газа перед ва куумированием составляет 15 мин, что является оптимальным режимом при работе установки в интервале

540-5600С. Так как температура самовоспламенения наиболее употребляемых органических компонентов модельного состава и оболочковой формы ниже 540 С, при прогреве формы до температуры самовоспламенения

Ьрганические составляющие возгора10 ются и за укаэанное время газифицируются с образованием сажистого углерода, оседающего в порах и на поверхности формы. Увеличение времени до 20 Мин при 540-560 С не приводит к улучшению качества прокаливания при увеличении общей длительности процесса. Критерием качества служит содержание остаточного

Углерода (Сос .), определенного путем дожиганйя.

Зависимость качестваи длительности прокаливания g ä„от остальных . технологических параметров по предлагаемому способу,а также по способупрототипу (31 и аналогу (2j приведена в таблице.

О, 110

0,020

0,024

0,010

0,010

0,079

О, 130

101132б

Продолжение таблицы

Тип пробы

Опыты

Сост

Ъ вес.

Рост, ф» мм рт.ст. од,ц

Количество циклов

По прототипу

31,0 0,080

15

40

45,0 0,040

По аналогу

40

31,0 0,040 П р и м е ч а н и е. Г. время, требуемое для вакуумирования до нужного остаточного давления (по прототипу и аналогу вместе с выдержкой под вакуумом). время воздействия окислительным газом при циклической обработке (по прототипу время предварительного воздействия окислительным газом). время на проведение, цикла. продолжительность:прокалки.. предельное остаточное давление при вакуумировании. средний по 5 опытам. сложная. простая. фс»

ff

"общ

РОст

Cocr

Проба 1

Проба 2

Продолжительность воздействия окислительным газом при циклической обработке (i ) составляет1-2 мин.

Опыты 9 1 и 2 показывают, что для достижения одинакового качества прокаливания время ь для форм. сложной 40

2 конфигурации должно быть большим, чем для форм простой конфигурации,. причем ь = 1-2 мин обеспечивает

2 необходимое качество прокаливания при любой конфигурации форьы. 45

Увеличение больше 2 мин приводит к увеличению общей длительности процесса при незначительном повышении качества прокаливания (опыты 9 7 и 8).

Уменьшение ь не менее 1 мин

2 (опыт 9 б ) приводит к недопустимому снижению качества прокаливания. Скорость удаления сажистого углерода в предлагаемом процессе пропорциональна глубине вакуума, но создание вакуума глубже остаточного давления

10 мм рт.ст. требует более длительного времени и повышения герметичности печи, что существенно услож-, няет ее конструкцию, 60

С другой стороны эксперименталь- ные данные показывают, что увеличение остаточного давления при вакуумировании (Pp ) приводит к непропорциональному ухудшению качества прокаливания при некотором сокращении общей длительности процесса за счет сокращения времени вакуумирования () . Так если при остаточном

1 давлении равном 100 мм рт.ст. достигнуто удовлетворительное качество прокаливания, то при остаточном давлении равном 150 мм рт.ст. остаточный углерод выше допустимого (опыты 9 3 и 4). Исходя из изложенного, установлены пределы остаточного давления при вакуумировании

10-100 мм рт.ст.

Определено количество циклов (3-12 раз), обеспечивающее удовлетворительное качество прокаливания независимо от сложности пробы и предъявляемых к ним требований (опыты 99 2, 9 и 11). Увеличение количества циклов больше 12 нецелесообразно, так как при 12 циклах обеспечивается высокое качество прокаливания даже на формах сложной конфигурации (опыт 9 9 ). Опыт показывает, что увеличение количества циклов до 15 не приводит к снижению содержания С по сравнению с прокаливанием, включающем 12 циклов.(опыты 9 9,10 ). Необходимо отметить, что при содержании остаточного углерода меньше 0,01% его дальнейшее снижение мапо влияет на ка1011326

Составитель В. Тимков

Редактор Л; Авраменко Техред С.Мигунова Корректор О. Билак

Заказ 2637/14 Тираж 811

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул . Проектная, 4 чество формы. Уменьшение количества циклов меньше 3-х не обеспечивает требуемого качества прокаливания как на сложных; так и на простых формах (опыты Р 12 и 13). Сопоставляя результаты опытов, приведенных по.предлагаемому способу, по способу прототипу и по способуаналогу, можно отметить, что при одинаковой продолжительности прокаливания предлагаемый способ обеспе- N чивает качество (опыты 9 1, 14 и 16); для обеспечения ;одинакового качества прокаливания предлагаемый способ требует меньшего времени (опыты 9 5 15 и 16).

Предпагаемый способ по сравнению с известными техническими решениями увеличивает производительность установки для прокаливания оболочковых форм по выплавляемым моделям, улучшает качество прокаливания.

Ожидаемый экономический эффект от использования 70-100 руб на тонну литья. Он может быть получен за счет экономии электроэнергии, производственных площадей, опок и снижения брака отливок по непрокалу.

Предлагаемйй способ целесообразно использовать в литье по выплавляемым моделям, преимущественно B холодную форму.