автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Регулирование скорости охлаждения отливок из оксидных сплавов в песчано-глинистой форме

4839800

Насонов Павел Николаевич

РЕГУЛИРОВАНИЕ СКОРОСТИ ОХЛАЖДЕНИЯ ОТЛИВОК ИЗ ОКСИДНЫХ СПЛАВОВ В ПЕСЧАНО-ГЛИНИСТОЙ ФОРМЕ

Специальность 05.16.04 - Литейное производство

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Магнитогорск - 2011

О з с.здр

4839800

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова».

Научный руководитель- доктор технических наук, профессор

Чернов Виктор Петрович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Смолко Виталий Анатольевич,

кандидат технических наук

Коток Алексей Петрович.

Ведущая организация-

ОАО «Первоуральский завод горного оборудования».

Защита состоится «01» марта 2011 года в 15°° часов на заседании диссертационного совета Д 212.111.01 при государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова» по адресу: 455000, г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38, ГОУ ВПО «МГТУ», малый актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО

«МГТУ».

Автореферат разослан «. 3/ » ¿£М Л- 2011 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

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- н 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 огходов 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 (ГТГС).

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 тегоюизолятором и без теплоизолятора.

4. Рассчитаны критические скорости охлаждения шлако-каменных отливок в ПГФ.

5. Установлена взаимосвязь скорости охлаждения со степенью закристаллизованное™ 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 теп-лофизическими 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.

Струкггура 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.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, представлена научная новизна, практическая ценность работы.

В первой главе выполнен литературный обзор по вопросам исследования. Рассмотрены минералогический состав шлако-каменных отливок, кинетика кристаллизации сплавов, а также тепловые режимы затвердевания, охлаждения и кристаллизации. В работах Г. Таммана, А. И. Цветкова, А. А. Леонтьевой, Я. Волдан, Г. А. Рашина, Б. X. Хана, И. И. Быкова, В. А. Дорофеева, В. В. Лапина, Ю. Д. Кручинина, И. Е. Липовского большинство исследований носит теоретический характер, что на практике ограничивается только узким кругом минералов, в основном базальтами, а получение готовых закристаллизованных отливок в форме было изучено лишь для сплавов, имеющих хорошие кристаллизационные свойства и с использованием модификаторов или внешнего воздействия. Влияние теплоизоляционного материала в форме с целью изменения условий охлаждения и затвердевания практически не было изучено, а те попытки, которые предпринимались, не дали практическою результата.

На основании анализа литературных данных сформулированы цель работы и задачи исследования.

Во второй главе описаны материалы и методики исследования.

Экспериментальные сплавы для изучения кристаллизации, структуры и свойств получали в дуговой микропечи. Для кристаллизации опытных сплавов использовали камерную высокотемпературную электропечь ПЛ 20/12,5. Измерение температуры расплава производили с помощью погружного термоизмерителя ТЦП-1800 В. Дня регулирования кристаллизации в форме применяли теплоизолятор - асбест ГОСТ 2850-95.

Для исследования скорости охлаждения отливок показания с Pt-Pt + 10 % Rli термопар фиксировали внешним устройством яналогопо-цифрового преобразования ЛА-50и8В.

Химический состав исследуемых сплавов определяли на рентгенос-пектральном спектрометре S8 TIGER ЗАО «МРК». Исследования структуры проводили на металлографическом микроскопе МЕТАМ ЛВ - 31 в отраженном свете. Анализ фазового состава проводили на дифрактометре ДРОН УМ1.

Для определения теплопроводности использовали сравнительный метод. Он относится к стационарным методам и заключается в том, что количество теплоты, прошедшей через образец, определяется из известных параметров эталонного образца, находящегося в идеальном контакте с полупроводником.

Для определения теплоемкости использовали водяной калориметр, который представляет собой собственно калориметр и водяной нагреватель.

Сравнительные испытания на износостойкость сплавов при трении о нежестко закрепленные (полузакрепленные) абразивные частицы проводили на лабораторной установке по методике, регламентированной ГОСТ 23.20879.

Сравнительные испытания на стойкость к агрессивным средам проводили на лабораторной установке по методике, регламентированной ГОСТ 473.1 - 81 и ГОСТ 473.2 -81.

Сравнительные испытания на термостойкость проводили по методике, регламентированной ГОСТ 473.5 - 81.

Для исследования жидкотекучести шлако-каменных сплавов применяли технологическую пробу Нехендзи-Купцова. Жидкотекучесть сплава определяют по длине заполнения и - образного канала по шкале, нанесенной на стенках полуформ, по плоскости разъема.

В третьей главе приведены результаты исследований теплофизиче-ских свойств шлако-каменных сплавов и Г1ГФ, влияния условий охлаждения на степень закристаплизованности отливок и скорости охлаждения на структуру и фазовый состав отливки.

Для определения теплопроводности создана база данных на основе экспериментальных данных и исследований других авторов и получена нейронная модель, позволяющая прогнозировать теплопроводность сплава в зависимости от его химического состава и температуры (рис. 1, 2).

С повышением температуры теплопроводность сплавов падает. Но при достижении температуры плавления начинает повышаться.

Теплоемкость определяли калориметрическим методом. Методом ней-росетевого анализа получена нейронная модель, позволяющая прогнозировать теплоемкость сплавов в зависимости от химического состава и температуры сплава. Определена доля влияния отдельных компонентов на теплоемкость (%):

стеклообразное состояние

компонент №20 ТЮ2 N^0 СаО АЬ03 8Ю2 Ге203

доля влияния 22,16 20,35 18,86 15,19 11,00 10,60 1,84; кристаллическое состояние

компонент Ре20:, Ыа20 М§0 А1203 ТЮ2 БЮ2 СаО доля влияния 29,50 16,12 14,87 11,71 11,43 10,83 5,53.

Теплоемкость всех сплавов повышается с увеличением температуры. По сравнению с другими сплавами термостойкий имеет самую маленькую теплоёмкость, примерно в 2 раза меньше, чем кислотостойкий. (Г

25 50 75 Содаржакий Б^Рг, %

100

х —)---1

0 10 20 30

Содержакие СгО. %

В 2,25 | "? 2-2

0 &

8 5 2,15-& К

1 1? 2.1-

I «

2,05-

-И* :

5 10 15 Содержание "Л

20

Рис. 1. Влияние химического состава на теплопроводность сплавов в закристаллизованном состоянии

Теплофизические свойства песчаной формы изменяются в зависимости от температуры довольно сложным образом. При низких температурах, когда доля лучистой энергии в общем балансе перенесенной теплоты мала, теплопроводность формы зависит, в основном, от термического сопротивления скелета формы (рис. 3).

200 400 600 800 1Смю 1200 1 -100 1С00 Температура, Ч."

:сю 4С0 б(;о аоо ккю 1200 ыоо 1боо »аоо

ч :.4 Ё" -

<2 2

л

§

1

'-л-д-ч

-й-,,.л

200 400 6О0 800 1000 1200 > 400 1600 Температура, *С

'"■оо-о -О.

400 аоо яоо 10о0 1;оо ноо |^оо 1зоо Температуря. "С

Рис. 2. Влияние температуры на теплопроводность шлако-каменных отливок в закристаллизованном состоянии: а - износостойкий; б - кислотостойкий; в - щелочестойкий; г - термостойкий.

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Температура. ,;С

Рис. 3. Влияние температуры на теплопроводность сухой формовочной смеси

При температуре поверхности порядка 500 °С форма имеет минимальную теплопроводность (в 1,75 раза меньше, чем при Т„ = 100 °С). С дальнейшим ростом температуры теплопроводность материала зерен продолжает уменьшаться, однако полная теплопроводность формы начинает расти.

Теплоемкость формы изменяется практически пропорционально росту температуры (рис. 4). Судя по всему, эффективная теплоемкость учитывает тепловые эффекты полиморфных превращений в кварце и испарение кристаллизационной влаги.

1.5 - 1.4

е 1,з ¡2

Г'

2 U t

I 1

I 0,9 в

н 0,8

0,7

О 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 TiMOfparvpa, -С

Рис. 4. Влияние температуры на теплоемкость сухой формовочной смеси

Поскольку лучистая составляющая переноса тепла пропорциональна степени черноты материала формы, то долю тепла, переданного радиацией, можно увеличить путем изменения цвета формы. Этот фактор должен проявлять себя при использовании форм из светлого кварцевого песка и форм черного цвета с добавками сажи, угольной пыли и т. д. Добавка сажи заметно повышает теплопроводность смеси. Следует отметить, что, кроме лучистой составляющей, при этом увеличивается и кондуктивная, так как при добавке 1 % сажи (около 5 % по объему) изменяются площади контактов между частицами песка.

Уменьшение количества частиц в объеме тела должно увеличивать лучистую составляющую теплопроводности пропорционально изменению размеров фракции песка. При низких температурах увеличение теплового потока с ростом зерна незначительно и происходит в основном за счет изменения термического сопротивления скелета формы. Существенный рост теплопроводности наблюдается при температуре поверхности формы выше 700 °С.

Связующие материалы (глина, жидкое стекло и т. д.) увеличивают площадь контактов между песчинками и тем самым способствуют росту теплопроводности скелета формы. При температуре 660 °С. добавки глины в смесь неизменно увеличивают теплопроводность. Количества глины до 4-5 % способствуют значительному увеличению площадей контактов между частицами. Поэтому вначале теплопроводность растет быстрее. Дальнейшее увеличение содержания глины ведет к заполнению ею пор в форме, и теплопроводность растет медленнее. При высоких температурах теплопроводность формы увеличивается лишь при добавке первых 4-5 % глины. Увеличение

кондуктивной составляющей сопровождается уменьшением лучистого переноса тепла.

Одним го наиболее доступных способов изменения теплофизических свойств формы является плотность набивки. С увеличением плотности материала растет его теплопроводность при низких температурах. При высоких температурах она, наоборот, уменьшается.

Так как количество теплоты, воспринимаемое за время т через единицу её поверхности, пропорционально теплоаккумулирующей способности формы, то было рассчитано её изменение в зависимости от температуры (рис. 5).

1600 -- ------------------------------------- --------------------- ■ —

О 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 Температуря, "С

Рис. 5. Влияние температуры на теплоаккумулируюгцую способность формы

Проведенные исследования показывают, что путем воздействия на форму рассмотренных факторов можно изменять время затвердевания отливки и тем самым влиять на ее качество. Также теплопроводность формы можно значительно уменьшить путем введения материалов с низкой теплопроводностью (теплоизоляторов).

Проведены исследования по регулированию процессов кристаллизации в форме, за счет введения теплоизоляционного материала. С целью регулирования скорости охлаждения и, исходя из теплофизических свойств ПГС, температурного режима внутри формы, теплофизических свойств теплоизоляторов, для проведения исследований нами были выбраны следующие виды материалов: асбест, керамзит и минеральная вата.

При заливке формы с использованием керамзита и минеральной ваты все сплавы, за исключением щелочестойкого, затвердели в стеклообразном состоянии. Частичная кристаллизация щелочестойкого сплава связана с его высокой кристаллизационной способностью. При использовании асбеста было получены закристаллизованные отливки всех сплавов.

В процессе затвердевания показания с термопар фиксировались внешним устройством аналогово-цифрового преобразования ЛА-50ШВ. Кривая охлаждения щелочестойкого сплава представлена на рис. 6.

В процессе эксперимента было выяснено, что толщина теплоизолирующего материала в 20 мм удовлетворяет только кислого- , термо- и щело-честойкому сплавам, а износостойкий кристаллизуется в стекловидной фазе. Поэтому для износостойкого сплава увеличили толщину асбеста до 40 мм, что позволило получить закристаллизованную отливку.

При затвердевании отливок в ПГФ без теплоизоляционного материала па кривых охлаждения нет ни изгибов, ни горизонтальных площадок, свидетельствующих о кристаллизации материала отливки или протекании каких-либо полиморфных превращений. Вследствие чего получили стеклообразные отливки, для которых необходимо проводить дополнительно кристаллизацию в твердом состоянии.

4-

□2,

0 4 в 12 16 20 24 28 32 36 40 Время, мим

а

48 52 53 63

10 12 14 16 18 20 22 24 26 Время, мин

Рис. 6. Кривые охлаждения щелочестойкого сплава: а - форма с тепло-изолятором - асбест, б - песчано-глинистая форма; 1- центр отливки; 2- граница форма-отливка; 3- теплоизолятор; За- 30 мм от образца; 4- 80 мм от образца

В процессе охлаждения в форме с использованием теплоизолятора, на кривой охлаждения центра отливки существуют площадки, что явно указывает на фазовые превращения. Принимая во внимание температуры ликвидус и солидус сплавов и химический состав, можем сделать вывод, что в термостойком сплаве происходят полиморфные превращения выше Тл примерно при 1400 °С. В свою очередь, в износостойком и кислотостойком сплавах полиморфные превращения происходят примерно при сопоставимых Тл. В щелочестойком сплаве помимо того, что полиморфные превращения происходят при Тл, также наблюдаются при температуре порядка 1050 °С, т. е. выделение кристаллической фазы происходит и в твердом состоянии.

Проведенные экспериментальные исследования показали, что кристаллизацию отливок можно провести в форме. Для количественной оценки процессов кристаллизации необходимо знать критическую скорость охлаждения расплавов.

Кинетический подход к анализу процесса стеклования, при котором зарождение и рост кристаллических зародышей не реализуется из-за очень высокой скорости охлаждения расплава, основывается на расчете так называемой критической скорости охлаждения Яс. - минимальной скорости охлаждения, необходимой для подавления гомогенного образования критических зародышей кристаллизации. Этот параметр является важнейшим при оценке склонности сплавов к стеклованию.

Критическая скорость охлаждения была рассчитана на основе общепризнанной кинетической модели Дэвиса-Ульмана, которая предполагает, что охлаждение расплава происходит непрерывно с определенной скоростью, и что образующиеся зародыши имеют такой же состав, как и состав жидкости. В результате проведенных расчетов были построены ТТТ-диаграммы (кривые) для наших сплавов (рис. 7).

>100 !...........,........

•10 -5 0 5 10 15 20 25

время, с

Рис. 7. ТТТ-диаграммы начала кристаллизации: --«»износостойкий -«»-кислотостойкий -а—щелочестойкий -»«-термостойкий

Определили критические скорости охлаждения по координатам точек минимальной устойчивости переохлажденного расплава (табл. 1).

Таблица 1

__Скорости охлаждения_

Критическая Практическая скорость охлаждения,

Сплав скорость охлаж- град/мин

дения, град/мин с асбестом ПГФ

Износостойкий 6 14,2 38,5

Кислотостойкий 18 12.2 32,4

Щелочестойкий 353 13,5 38,0

Термостойкий 3 12,5 38,1

Как видно из табл. 1, три сплава (износостойкий, кислотостойкий и термостойкий) очень легко поддаются стеклованию, щелочестойкий сплав кристаллизируется практически при любой скорости охлаждения.

В результате введения теплопзолятора н соответственно изменения теплопроводности формы была снижена скорость охлаждения.

Для щелочестойкого сплава изменение скорости охлаждения представлено на рис. 8.

При сопоставлении практических скоростей охлаждения сплавов с рассчитанными критическими скоростями (табл. I) получается, что кислотостойкий и щелочестойкий сплавы имеют меньшие скорости, чем критические, а у термостойкого и износостойкого скорость в 2-4 раза больше, поэтому кристаллизация оказалась неполной, в них выделилось 30-35 % стекла. При сопоставлении со скоростями охлаждения в ПГФ без асбеста они ниже в 2-3 раза.

Фазовый анализ проводили на дифрактометре ДРОН УМ! Для отливок, закристаллизованных в ПГФ, основной группой минералов в термо-, кислого- и щелочестойком сплавах являются пироксены (70-85 %), а в износостойком пироксены и мел ил ит по 33 %. В отливках, закристаллизованных в термической печи, основными выделившимися фазами являются пироксены, мелилит, плагиоклазы и монтичеллит (табл. 2).

Таблица 2

Суммарное содержание минералов в сплавах_

Сплав Сумма рное содержание группы минералов, %

пироксены мелилит плагиоклазы монтичеллит, броунмиллерит

Износостойкий 7 - - 64

Кислотостойкий 61 - 3 24

Щелочестойкий 41 22 - -

Термостойкий 26 - 57,1

а б в г

Рис. 9. Структура образцов, закристаллизованных в ПГФ с теплоизо-лятором: а- износостойкий; б- кислотостойкий; в- щелочестойкий; г- термостойкий х 500

Время, л/

б

Рис. 8. Скорости охлаждения щелочестойкого состава: а - форма с теплоизолятором (асбест); б - песчано-глинистая форма; ттш» граница форма-отливка; 1 " центр отливки

Малые скорости их охлаждения привели к разграничению фаз, росту и индивидуализации образований моноклинного пироксена, в закристаллизовавшейся отливке, что видно на рис. 9 и подтверждается фазовым составом.

В отличие от отливок, полученных в форме, образцы, залитые в простую ПГФ и подвергнутые дополнительной кристаллизации в твердом состоянии. имеют более мелкую структуру и меньшую долю стекла (рис. 10).

Рис. 10. Структура образцов, закристаллизованных в камерной высокотемпературной электропечи ПЛ 20/12,5 : а- износостойкий; б- кислотостойкий; в- щелочестойкий; г- термостойкий х 500

В четверти главе приведены результаты исследований свойств отливок, полученных с теплоизолятором и прошедших термообработку.

Нами были проведены исследования сплавов на износостойкость. На их основе была построена гистограмма влияния условий кристаллизации на коэффициент износостойкости (рис. 11).

ИЗНОСОСТОЙКИЙ КИСЛОТОСТОЙКИЙ ЩСЛОЧС'СГОЙКИЙ ТСРМОСГОЙКМЙ

Рис. 11. Влияние условий кристаллизации на коэффициент износостойкости: В закристаллизованные в форме В закристаллизованные в печи

Рассмотрев гистограмму, можно сделать вывод, что отливки, полученные с теплоизолятором в ПГФ, имеют более низкую износостойкость по сравнению с отливками, прошедшими термообработку. Это объясняется тем, что в отливках, закристаллизованных в печи, присутствуют такие фазы, как плагиоклазы и шпинель, а также сходный с ними по свойствам монтичеллит, которые образуют относительно вязкую матрицу и твердые включения, равномерно распределенные в матрице. В отливках, закристаллизованных в форме, присутствуют фазы, имеющие относительно низкую микротвердость

по сравнению с фазами отливок, полученных с дополнительной кристаллизации.

При проведении нами испытаний на кислотостойкость существенной разницы между образцами не наблюдается.

Щелочестойкость отливок, закристаллизованных с теплоизолятором, незначительно выше. Это объясняется тем, что в них присутствует мелилит.

Термостойкость отливок, закристаллизованных в Г1ГФ, больше, чем после термообработки (рис. 12). Это связано с тем, что в первом случае происходит выделение таких фаз, как волластонит, геленит, которые обеспечивают наименьший коэффициент термического расширения сплава в закристаллизованном состоянии.

45 , 40 •! 3 35 {.

Износостойкий Кислотостойкий Щелонссгойкий Тсрмосгойклй

Рис. 12. Термостойкость шлако-каменных отливок: в закристаллизованные с форме Я закристаллизованные в печи

В пятой главе разработаны рекомендации по толщине теплоизоляционного слоя в зависимости толщины стенки отливки для проведения кристаллизации в ПГФ (рис. 13). В расчетах были использованы данные исследований теплофизических свойств сплавов и ПГС. Была взята модель конечных элементов Д. Керна и А. Крауса, адаптированная к нашим условиям и расширенная до двухмерного пространства.

На основании этих рекомендаций была отлита насадка гидроциклона ГЦ - 70. После извлечения насадки из формы степень закристаллизованное™ составила 70 %.

10 |.....

о

30

40 53 60 70 80 00 Ти.шиипя стгнки отливки, мм

Рис. 13. Влияние толщины стенки на толщину теплоизоляционного материала при толщине формовочного слоя между отливкой и теплоизоляционным материалом: —б=20мм НИ— б~50мм

Общие выводы

1. Установленная взаимосвязь теплофизических свойств оксидных сплавов с их химическим составом и температурой позволяет прогнозировать те-плофпзическне свойства заданных сплавов.

2. Путем воздействия на литейную форму температуры, степени черноты, плотности набивки и т.д. можно изменять теплоаккумулирующую способность формы и тем самым влиять на скорость охлаждения отливок. Однако для получения кристаллической структуры отливки в ПГФ, в большинстве случаев, необходимо дополнительное введение в литейную форму теплоизоляционных материалов.

3. Исходя из условий стеклования шлако-каменных сплавов, построили ТТТ-кривые и рассчитали по ним критические скорости охлаждения для каждого сплава: износостойкий - 6 град/мин, кислотостойкий - 18 град/мин, щелочестойкий - 353 град/мин, термостойкий - 3 град/мин.

4. В результате проведения экспериментов установили толщину теплоизоляционного слоя для каждого сплава, позволяющую получать закристаллизованные отливки в ПГФ. Для термостойкого, кислотостойкого и ще-лочестойкого сплавов толщина теплоизоляционного слоя составила 20 мм, а для износостойкого - 40 мм.

5. Получены температурные кривые охлаждения отливок в ПГФ без тепло-изолятора и с применением теплоизоляционного материала. Определены практические скорости охлаждения, позволяющие получать закристаллизованные отливки в форме: износостойкий - 14, град/мин, кислотостойкий- 12,2 град/мин, щелочестойкий - 13,5 град/мин, термостойкий - 12,5 град/мин.

6. Исследования структуры и фазового состава отливок показали, что изменение скорости охлаждения приводит к их изменению. В отливках, закристаллизованных в ПГФ, выделились в основной массе пироксены, а, закристаллизованных в печи, - монтичеллит, плагиоклазы, мелилит и пироксены.

7. Износостойкость образцов, полученных в теплоизолированных ПГФ, ниже, чем при проведении дополнительной кристаллизации, в 1,2-1,5 раза, термостойкость в 1,2-1,6 раза выше. Изменение стойкости в агрессивных средах незначительно, выделившиеся фазы имеют достаточно высокую кислотостойкость и щелочестойкость в обоих случаях.

8. Дополнительную кристаллизацию целесообразно проводить в том случае, если необходимо получить высокую износостойкость. В других случаях целесообразней и экономически выгоднее кристаллизовать отливки в форме.

9. Разработаны рекомендации по толщине теплоизоляционного слоя в зависимости от толщины стенки отливки для получения кристаллической структуры в ПГФ.

10. В соответствии с разработанными рекомендациями получена насадка гидроциклона ГЦ - 70, закристаллизованная в форме. При исследовании на износостойкость и кислотостойкость, установлено, что при проведении дополнительной кристаллизации из стеклообразного состояния износостойкость повышается до 19 ед., а у закристаллизованной в ПГФ она составляет 12 ед. Кислотостойкость практически не изменяется.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих

работах:

1. Возможности применения термостойких отливок го оксидных сплавов. Чернов В.П., Насонов П.Н., Шеляков К.Н. и др.// Тезисы докладов 11 научно-технической конференции молодых специалистов ЗАО «МРК» - Магнитогорск, 2007. - С. 85.

2. Чернов В.П., Насонов П.Н., Брылкин Е.В. Особенности получения насадки гидроциклона из оксидных сплавов // Литейные процессы, № 8: Межрег. сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГТУ, 2009. - С. 56-58.

3. Чернов В.П., Насонов П.Н. Исследования теплофизических свойств оксидных сплавов // Тезисы докладов 12 научно-технической конференции молодых специалистов ЗАО «МРК» - Магнитогорск, 2008. -С. 88-89.

4. Чернов В.П., Насонов П.Н. Влияние теплофизических свойств формовочных материалов на кристаллизацию шлако-каменного литья // Литейные процессы № 8: Межрег. сб. науч. тр. - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ» - 2009. - С. 134-138.

5. Чернов В.П., Насонов П.Н., Шаврина E.H. Исследование теплопроводности оксидных сплавов // Материалы 65-й научно-технической конференции: Сб. докл. - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ». - Т.1. -2007. - С.126-128.

6. Чернов В.П., Насонов П.Н. Исследования теплового состояния и теп-лофгоических свойств шлако-каменных отливок // Материалы 66-й научно-технической конференции: Сб. докл. - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ». - Т. 1. - 2008. - С. 154-156

7. Чернов В.П., Насонов П.Н. Влияние теплоизолятора в форме на охлаждение отливок из оксидных сплавов // Литейщик России. - № 11. -2010.-С. 28-29.

8. Чернов В.П., Насонов П.Н. Влияние скорости охлаждения на кристаллизацию оксидных сплавов // Вестник МГТУ. - № 4. - 2010. -С. 35-37

9. Чернов В.П., Насонов П.Н. Исследование свойств отливок, закристаллизованных в форме и в термической печи // Теория и технология металлургического производства: Межрег. сб. науч. тр. - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ» - № 10 - 2010 - С. 103-107.

Подписано в печать 21.01.2011. Формат 60x84 1/16. Бумага тип.№ 1.

Плоская печать. Усл.печ.л.1,0. Тираж 100 экз. Заказ 63.

455000, Магнитогорск, пр. Ленина, 38 Полиграфический участок ГОУ ВПО «МГТУ»

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ

И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Минералогический состав шлако-каменного литья.

1.2. Кристаллизация шлако-каменного литья.

1.3. Кинетика кристаллизации.

1.4. Тепловые режимы затвердевания, охлаждения и кристаллизации.

1.4.1. Общие положения расчета тепловых полей отливок.

1.4.2. Особенности охлаждения и затвердевания шлако-каменных отливок.

1.5. Цели и задачи исследования.

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ.

ОБОРУДОВАНИЕ И МАТЕРИАЛЫ.

2.1. Получение опытных образцов.

2.2. Определение теплопроводности.

2.3. Определение теплоемкости.

2.4. Определение физико-химических свойств образцов.

2.4.1. Износостойкость.

2.4.2. Стойкость в агрессивных средах.

2.4.3. Термостойкость.

2.5. Определение жидкотекучести.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ШЛАКО

КАМЕННЫХ ОТЛИВОК.

3.1. Теплофизические свойства шлако-каменных отливок.

3.1.1. Влияние химического состава и температуры на теплопроводность.

3.1.2. Влияние химического состава и температуры на теплоемкость.

3.2. Теплофизические свойства песчано-глинистой литейной форме.

3.3. Влияние условий охлаждения на затвердевания отливок.

3.4. Условия стеклования отливок.

3.5. Влияние скорости охлаждения на структуру и фазовый состав отливок.

Выводы.

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ОТЛИВОК,

ЗАКРИСТАЛЛИЗОВАННЫХ В ПГФ И ПРОШЕДШИХ ТЕРМООБРАБОТКУ.

4.1. Износостойкость шлако-каменных отливок.

4.2. Стойкость отливок к воздействию агрессивных сред.

4.3. Термостойкость шлако-каменных отливок.

Выводы.

ГЛАВА 5. РЕКОМЕНДАЦИЙ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

ШЛАКО-КАМЕННЫХ ОТЛИВОК.

5.1 Литейные свойства шлако-каменных сплавов.

5.2 Определение условий затвердевания для отливок с различной толщиной стенки.

5.3 Изготовление насадки гидроциклона ГЦ — 70.

Каменное и шлако-каменное литье относится к числу тех немногих ма-терьялов, 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 [1-7]. Шлако-каменное литье является не только заменителем металлов и сплавов, но и незаменимым самостоятельным материалом для обеспечения эффективного ведения многих технологических процессов.

Для получения шлако-каменного литья обычно используют природные горные породы. Однако имеется достаточно много материалов полученных в процессе производства, сходных по своим свойствам с горными породами.

Комплексное использование сырья имеет особое значение для такой ма-териалоемкой отрасли промышленности, как черная металлургия, где при выплавке чугуна, стали и ферросплавов неизбежно образуется большое количество технологических отходов. Из них 80 % приходится на шлаки, которые образуются из пустой породы железорудных материалов, флюсов, золы топлива, а также продуктов окисления металлов и примесей.

Проблема защиты окружающей среды существует как в процессе текущего производства, так и в процессе хранения и складирования отходов в отвалах, которые выделяют в атмосферу пыль и газы. Кроме того, отвалы оказывают вредное воздействие на поверхностные и грунтовые воды вследствие высокой основности шлаковых материалов и содержания в них сульфидов. Водная вытяжка шлаков имеет рН 2,5 — 3,5 и обычно содержит гидросульфиты. 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 спо4 собы 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.

Использование по. отдельности различных видов отходов (сталеплавильный шлак, доменный шлак, хвосты сухой и мокрой магнитной сепарации, золы ТЭЦ и т.д.) для получения стабильной структуры, устойчивой во времени, требует большого количества подшихтовочных материалов (кварцевый песок, горные породы, чистые оксиды и т.д.). Поэтому желательно комплексное использование разных видов отходов ввиду их различного химического состава, с незначительным добавлением подшихтовочных материалов [8-12].

При производстве шлако-каменного литья особенно важно тщательное соблюдение технологических тепловых режимов изготовления шлако-каменной отливки. Однако для создания эффективных способов управления и оптимального их применения на практике необходимо точно знать связи между условиями литья и ходом формирования тела отливки и, следовательно, её свойств. Требуемые связи между режимами литья и процессами формирования свойств отливки в рамках тепловой теории можно установить только эмпирически. Но эмпирическим путем в зависимости от скорости затвердевания отливки удаётся фиксировать лишь отдельные характеристики её качества, как конечный результат процесса формирования.

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 закристаллизованное™, либо отливку извлекают из формы и также помещают в 5 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.

Выполненная диссертационная работа посвящена регулированию кристаллизации и разработке технологии кристаллизации шлако-каменных отливок в песчано-глинистой форме.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Получить отливки из оксидных сплавов, закристаллизованные в песчано-глинистой форме (ПГФ), с заданными эксплуатационными свойствами.

Основное внимание было уделено решению следующих ЗАДАЧ:

- исследование теплофизических свойств шлако-каменных отливок и песчано-глинистой смеси (ПГС);

- исследование влияния теплоизолирующих материалов, введенных в пес-чано-глинистую форму, на кристаллизацию шлако-каменных отливок и особенности формирования структуры и свойств отливок в различных условиях охлаждения;

- определение критической скорости кристаллизации для шлако-каменных отливок;

- разработка рекомендаций по регулированию скорости охлаждения шлако-каменных отливок в песчано-глинистой форме.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

- установлена взаимосвязь теплофизических свойств шлако-каменных отливок с их химическим составом и температурой;

- установлена взаимосвязь теплофизических свойств формы с температурой, степенью черноты, содержанием глины, плотностью набивки и размером фракции песка;

- установлены закономерности изменения температуры отливок при литье в ПГФ с теплоизолятором и без теплоизолятора;

- рассчитаны критические скорости охлаждения шлако-каменных отливок в ПГФ;

- установлена взаимосвязь скорости охлаждения со степенью закристаллизованное™ отливок.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ

Разработаны технологические рекомендации для получения закристаллизованных отливок из оксидных сплавов в ПГФ

общие выводы

На основании теоретических данных и проведенных экспериментальных исследований можно сделать следующие основные выводы:

1. Установленная взаимосвязь теплофизических свойств оксидных сплавов с их химическим составом и температурой позволяет прогнозировать теплофизические свойства заданных сплавов.

2. Путем воздействия на литейную форму температуры, степени черноты, плотности набивки и т.д. можно изменять теплоаккумулирующую способность формы и тем самым влиять на скорость охлаждения отливок. Однако для получения кристаллической структуры отливки в ГТГФ, в большинстве случаев, необходимо дополнительное введение в литейную форму теплоизоляционных материалов.

3. Исходя из условий стеклования шлако-каменных сплавов, построили ТТТ-кривые и рассчитали по ним критические скорости охлаждения для каждого сплава: износостойкий - 6 град/мин, кислотостойкий - 18 град/мин, ще-лочестойкий - 353 град/мин, термостойкий — 3 град/мин.

4. В результате проведения экспериментов установили толщину теплоизоляционного слоя для каждого сплава, позволяющую получать закристаллизованные отливки в ПГФ. Для термостойкого, кислотостойкого и щелоче-стойкого сплавов толщина теплоизоляционного слоя составила 20 мм, а для износостойкого - 40 мм.

5. Получены температурные кривые охлаждения отливок в ПГФ без теплоизолятора и с применением теплоизоляционного материала. Определены практические скорости охлаждения, позволяющие получать закристаллизованные отливки в форме: износостойкий — 14, град/мин, кислотостойкий - 12,2 град/мин, щелочестойкий - 13,5 град/мин, термостойкий - 12,5 град/мин.

6. Исследования структуры и фазового состава отливок показали, что изменение скорости охлаждения приводит к их изменению. В отливках, закристаллизованных в ПГФ, выделились в основной массе пироксены, а, закристаллизованных в печи, - монтичеллит, плагиоклазы, мелилит и пироксены

7. Износостойкость образцов, полученных в теплоизолированных ПГФ, ниже, чем при проведении дополнительной кристаллизации, в 1,2-1,5 раза, термостойкость в 1,2-1,6 раза выше. Изменение стойкости в агрессивных средах незначительно, выделившиеся фазы имеют достаточно высокую кисло-тостойкость и щелочестойкость в обоих случаях.

8. Дополнительную кристаллизацию целесообразно проводить в том случае, если необходимо получить высокую износостойкость. В других случаях целесообразней и экономически выгоднее кристаллизовать отливки в форме.

9. Разработаны рекомендации по толщине теплоизоляционного слоя в зависимости от толщины стенки отливки для получения кристаллической структуры в ПГФ.

10. В соответствии с разработанными рекомендациями получена насадка гидроциклона ГЦ — 70, закристаллизованная в форме. При исследовании на износостойкость и кислотостойкость, установлено, что при проведении дополнительной кристаллизации из стеклообразного состояния износостойкость повышается до 19 ед., а у закристаллизованной в ПГФ она составляет 12 ед. Кислотостойкость практически не изменяется.

заключение

Исследования шлако-каменного литья имеет большое значение не только для повышения срока службы машиностроительного, горно-металлургического и строительного оборудования, но и для улучшения экологической обстановки регионов, связанных с интенсивной производственной деятельностью. Подобные исследования проводились ранее, чаще всего применительно к отдельным видам горных пород и отходов производства. В то же время, для развития понимания всех процессов получения шлако-каменных литых изделий с наличием требуемых эксплуатационных свойств необходим более широкий подход к комплексному изучению этого рода материалов.

В данной диссертационной работе предпринята попытка регулирования кристаллизации шлако-каменных отливок в ПГФ. Проследили за изменением структуры и фазового состава под влиянием скорости охлаждения. Кроме того, проведена сравнительная оценка физико-механических и химических свойств отливок, полученных при различных скоростях охлаждения. Исследовано влияние охлаждение отливок, на основании чего были построены кривые охлаждения для практического использования.

Представленные в диссертации данные позволяют более полно представить процессы, протекающие при формировании структуры, свойств и эксплуатации шлако-каменного литья на основе отходов производства.

1. Воробьев М.Л. Новое в камнелитейном производстве // Литейное производство. 1972. - № 5. - С. 38.

2. Использование шлаков черной металлургии в народном хозяйстве: Труды УНИИЧМ / Под ред. Довгопола В.И. Свердловск, 1984. - 142 с.

3. Колокольцев В.М., Чернов В.П., Коток А.П. Влияние химического состава и технологических факторов на структуру и механические свойства шлако-каменного литья // Вопросы прикладной химии: Сб. науч. тр. — Магнитогорск: МГТУ, 1999. С. 135 - 142.

4. Неметаллические литые изделия и материалы: Сб. науч. тр. «АН УССР Институт проблем литья». Киев, 1988. - 124 с.

5. Хан Б.Х. Проблемы производства и использования каменного литья в народном хозяйстве // Проблемы каменного литья. — Киев, 1975. Вып. 3. -142 с.

6. Эффективность использования промышленных отходов в строительстве / Под ред. Рекитара Я.А. М.: Стройиздат, 1975. - 184 с.

7. Лебедева Г.А., Озерова Т.П. О возможности использования эгиринового концентрата в каменном литье // Комплексное использование минерального сырья. 1984. - № 6. - С. 48 - 50.

8. Романенко А.Г. Металлургические шлаки.- М.: Металлургия, 1977. -200 с.

9. Свойства, способы переработки и использования шлаков черной металлургии: Темат. отрасл. сб. — Свердловск.: 1986. 100 с.

10. П.Чернов В.П., Бахметьев B.B. Применение отходов промышленного производства для получения литых изделий: Монография. — Магнитогорск: МГТУ, 2002.- 161 с.

11. Шлаки черной металлургии: Труды УНИИЧМ. Свердловск, 1980. - т. 32.- 120 с.

12. Липовский И.Е., Дорофеев В.А. Основы петрургии. — М.: Металлургия, 1972.-320 с.

13. М.Бондарев В.П. Основы минералогии и кристаллографии: Учебное пособие педагогических вузов. — М.: Высшая школа, 1978. — 192 с.

14. Годовиков И.М. Минералогия: Учебник для вузов. — М.: Высшая школа, 1989.-530 с.16.3аридзе Г.М. Петрография: Учебник для вузов. М.: Недра, 1988.-478 с.

15. Химическая технология стекла и ситаллов: Учебник для вузов. Под ред. Н.М. Павлушкина. -М.: Стройиздат, 1983. 432 с.

16. Http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%BC%Dl %84%D0%B8%D0%B 1 %D0%BE%D0%BB%D 1 %8В.

17. Белянкин Д.С., Иванов Б.В., Лапин В.В. Петрография технического камня.-М.: 1952.

18. Диаграммы состояния силикатных систем / В.П. Барзаковский, В.В. Лапин, А.И. Байкова и др. Л.: Наука, 1974. - 514 с.21 .Кузнецов В.Д. Кристаллы и кристаллизация. М.: ГИТТЛ, 1953. - 41 1 с.

19. Физико-химические свойства окислов: Справочник. М.: Металлургия, 1978.-472 с.

20. Тамман Г. Стеклообразное состояние. — М.: ОНТИ, 1935. 136 с.

21. Боуэн H.A. Эволюция изверженных пород. — М.-Л.: Госгорнефтеиздат, 1934.

22. Цветков А.И. Некоторые данные по кристаллизации плавленого диабаза // Труды II совещания по экспериментальной минералогии и петрографии АН СССР. М.: АН СССР, 1936.

23. Леонтьева A.A. Вычисление линейной скорости кристаллизации твердых фаз в силикатных расплавах // Труды пятого совещания по экспериментальной и технической минералогии и петрографии. М.: Ан СССР, 1958.

24. Проблемы каменного литья: Сборник научных трудов. АН УССР. Киев: Институт проблем литья, 1963.

25. Проблемы каменного литья: Сборник научных трудов. АН УССР. Киев: Институт проблем литья, 1968. — 246 с.

26. Рашин Г.А. Роль алюминия в минералообразовании при кристаллизации основных силикатных расплавов // Изв. АН СССР. Сер. геологическая. Вып. 12.- 1959.

27. Рашин Г.А., Черемухин Е.П. Регулируемая кристаллизация расплавленных горных пород // Стекло и керамика. 1965. - № 7.

28. Быков И.И., Хан Б.Х. Теплофизические процессы формирования литых силикатных кристаллических материалов // Известия АН СССР. Неорганические материалы. Вып. 2. Т. 2. 1966.

29. Хан Б.Х. Процессы кристаллизации в технологии пироксенового литья // Проблемы каменного литья: Сб. науч. тр. Киев: ИПЛ, 1982. - С. 3 - 27.

30. Котлова А.Г. Некоторые данные по кристаллизации базальтовых пирок-сеновых расплавов и стекол // Труды института геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии. Вып. 30. М.: АН СССР, 1958.

31. Лапин В.В. К вопросу о кристаллизации шлаков, их фазовом составе и структурах // Вопросы шлакопереработки: Мат. Всесоюзн. конф. Челябинск: Стройиздат, 1960.

32. Затвердевание и кристаллизация каменного литья / Б.Х. Хан, И.И. Быков,

33. B.П. Кораблин, C.B. Ладохин. Киев: Наукова думка, 1969. - 163 с.

34. Кораблин В.П. Технологические особенности получения каменного литья // Проблемы каменного литья: Сб. науч. тр. Киев: АН УССР, 1963.

35. Липовский И.Е. Исследование некоторых механических и теплофизиче-ских свойств каменного литья в зависимости от строения и температуры. Автореф. дисс. канд. тех. наук, Киев: АН УССР, 1966.

36. Митюнин Ю.К., Горюнов В.М. Каменное литье из шлаков комбината «Североникель» // Металлургические шлаки Монги и Печенги: Сб. науч. тр. М.-Л.: АН СССР, 1965.

37. Рашин Г.А. Возможности управляемого минералообразования в петрур-гии // Проблемы каменного литья: Сб. науч. тр. Киев: АН УССР, 1968.1. C. 12-16.

38. Рашин Г.А. О зависимости минерального состава и структуры каменного литья от условий их образования // Проблемы каменного литья.: Сб. науч. тр. Киев: АН УССР, 1963.

39. Раддл P.M. Затвердевание отливок // Машгиз. M., 1962.

40. Иванцов Г.П. Теплообмен между слитком и изложницой // Металлургиз-дат.-М., 1958.

41. Хворинов Н.И. Затвердевание отливок. Пер. с нем. и чешек. М.: Иностранная литература, 1955. - 198 с.

42. Кручинин Ю.Д. Исследование кристаллизации Уральских доменных шлаков: Автореф. дисс. канд. тех. наук. Свердловск: УПИ, 1958.

43. Чернов В.П., Чернов A.B. Особенности затвердевания и охлаждения шла-ко-каменных отливок. Разработка математической модели затвердевания и охлаждения шлако-каменных отливок // Литейное производство. Приложение. 2003. - №12. - С. 8-12.

44. Особенности процесса затвердевания шлако-каменной отливки / В.П. Чернов, К.Н. Вдовин, М.Г. Денисламов, А.Ю. Солнцев // Прогрессивные литейные технологии: Сб. науч. тр. М.: МГИСИС, 2001. - С. 78.

45. Беляев Н.М., Рядно A.A. Методы нестационарной теплопроводности. -М.: Высшая школа, 1978. 328 с.

46. Формовочные материалы и технология литейной формы: Справочник /С.С.Жуковский, Г.А. Анисович, Н.И. Давыдов и др. М.: Машиностроение, 1993 -432 с.

47. Вейник А.И. Приближенный расчет процессов теплопроводности. М.-Л-: Госэнергоиздат, 1959. - 184 с.

48. Лыков A.B. Теория теплопроводности. — М.: Высшая школа, 1967. — 392с.

49. Теплопроводность твердых тел: Справочник / С.А. Охотин, Р.П. Боровикова, Т.В. Нечаева и др. — М.: Энергоиздат, 1984. 320 с.

50. Теплотехнический справочник. Под общ. ред. В. Н. Юренева и П. Д. Лебедева. В 2-х т. Т. 2. изд. 2-е, перераб. М.: «Энергия», 1976. — 896 с.

51. Чернов В.П., Насонов П.Н., Шаврина E.H. Исследование теплопроводности оксидных сплавов // Материалы 65-й научно-технической конференции: Сб. докл. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», Т.1. - 2007. - С. 126128.

52. Чернов В.П., Насонов П.Н. Исследования теплового состояния и тепло-физических свойств шлако-каменных отливок // Материалы 66-й научно-технической конференции: Сб. докл. — Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», Т.1 2008. - С. 154-156.

53. Липовский И.Е. Теплоемкость каменного литья // Технологические особенности каменного литья: Сб. науч. тр. Киев: ИТИ, 1965.

54. Чернов В.П., Насонов П.Н. Исследования теплофизических свойств оксидных сплавов // Тезисы докладов 12 научно-технической конференции молодых специалистов ЗАО «МРК» — Магнитогорск, 2008. — С. 88-89.

55. Чернов В.П., Насонов П.Н. Влияние теплофизических свойств формовочных материалов на кристаллизацию шлако-каменного литья // Литейные процессы № 8: Межрег. сб. науч. тр. — Магнитогорск: МГТУ, 2009. С. 134- 138.

56. Чиркин B.C. Теплофизические свойства материалов. М., Физматгиз, 1960.

57. Анисович Г. А., Гринкевич Р.Н., Кравченко E.H. Определение термофизических коэффициентов неметаллических материалов. Сб. научных трудов ФТИ АН БССР, вып. 6. Минск, 1960.

58. Быков И.И. Особенности затвердевания силикатных расплавов в кокиле // Новое в литейном производстве: Сб. науч. тр. Киев: ИТИ, 1964.

59. Быков И.И., Хан Б.Х. Влияние теплообмена в форме на качество отливок из силикатного расплава // ЛП. — 1966. № 3.

60. Быков И.И., Хан Б.Х. Затвердевание отливок из силикатных расплавов пироксенового состава // ЛП. 1966. - № 4.

61. Быков И.И., Хан Б.Х. Особенности теплообмена между отливкой из силикатного расплава и литейной формой // Теплообмен между отливкой и формой: Сб. науч. тр. Минск: Высшая школа, 1966.

62. Бобров Ю.Л., Овчаренко Е.Г., Шойхет Б.М., Петухова Е.Ю. Теплоизоляционные материалы и конструкции: Учебник для средних профессионально-технических учебных заведений. — М.: ИНФРА-М, 2003. 268 с.

63. Чернов В.П., Насонов П.Н. Влияние теплоизолятора в форме на охлаждение отливок из оксидных сплавов // Литейщик России. № 11. — 2010. — С. 28-29.71 .Кобеко П.П. Аморфные вещества. М.: АН СССР, 1952. - 432 с.

64. Китайгородский И.И., Петров C.B., Беус М.Д. Синтез стеклокристалличе-ских материалов на основе отходов горно-обогатительной промышленности // Исследования в области химии силикатов и окислов: Сб. науч. тр. -М.-Л.: Наука, 1965. С. 161 - 167.

65. Павлушкин Н.М., Саркисов П.Д. Высокожелезистые стекла на основе шлаков тепловых электростанций // Стеклообразные системы и новые стекла на их основе: Сб. ст. ВНИИЭСМ, 1971. - С. 235 - 239.

66. Ковнеристый Ю.К., Осипов Э.К., Трофимова Е.А. Физико-химические основы создания аморфных металлических сплавов. М.: Наука, 1983. -145 с.

67. Кекало И.Б. Аморфные магнитные материалы: Курс лекций. М.: МГИ-СиС, 2001.-276 с.

68. Левинский Е.М. К вопросу о величине структурных единиц вязкого течения в петрургических расплавах // Проблемы каменного литья: Сб. науч. тр. Киев: ИПЛ, 1982. - С. 27 - 35.

69. Чернов В.П. Исследование процессов стеклования петрургических расплавов // Литейное производство. 2006. - №5 — С. 31 — 33.

70. Чернов В.П. Критические скорости охлаждения петрургических расплавов // Литейное производство сегодня и завтра: Материалы Всероссийской науч.-практ. конф. Санкт-Петербург: СПбГПУ, 2004. - С. 45 - 50.

71. Чернов В.П., Карпов В.М. Основы получения отливок из оксидных расплавов: Монография. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2008. - 262 с.

72. Хан Б.Х. Особенности кристаллизационных процессов при получении каменного литья // Литейные свойства сплавов: Сб. науч. тр. — Киев: Нау-кова думка, 1972.-С. 178-180.

73. Чернов В.П., Насонов П.Н. Влияние скорости охлаждения на кристаллизацию оксидных сплавов // Вестник МГТУ № 4. — 2010. — С. 35-37.

74. Вертушков В.Н., Авдонин В.Н. Физические и химические свойства минералов и определитель минералов по внешним признакам. Свердловск: Свердловский горный институт, 1970. — 172 с.

75. Безбородов М.А. Вязкость силикатных стекол. Минск: Наука и техника, 1975.-352 с.

76. Хрущев М.М., Бабичев М.А. Абразивное изнашивание. М.: наука, 1970. -252 с.

77. Пеликан А. Плавленые камни. — М.: Металлургиздат, 1959. —288 с.

78. Артеменко А.И., Малеванный В.А., Тикунов И.В. Справочное руководство по химии: Справ, пособие. М.: Высшая школа, 1990. - 303 с.

79. Бигеев A.M., Бигеев В.А. Металлургия стали. — Магнитогорск: 2000. -305 с.

80. Чернов В.П., Насонов П.Н. Исследование свойств отливок, закристаллизованных в форме и в термической печи // Теория и технология металлургического производства: Межрег. сб. науч. тр. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ» - № 10-2010-С. 103-107.

81. Воздвиженский В.М., Грачев В.А., Спасский В.В. Литейные сплавы и технология их плавки в машиностроении. М.: Машиностроение, 1984. -432 с.

82. Гуляев Б.Б. Теоретические основы литейного производства. Л.: Машиностроение, 1976. — 214 с.

83. Корольков A.M. Литейные свойства металлов и сплавов. М.: Наука, 1967.-228 с.

84. ЮО.Куманин И.Б. Вопросы теории литейных процессов. М.: Машиностроение, 1976.-216 с.

85. Кораблин В.П., Хан Б.Х. Взаимосвязь вязкости и жидкотекучести силикатных расплавов // Литейное производство. 1966. - №6. - С. 40.

86. Чечулин В.А., Ковалев Ю.Г. Гидравлический расчет литниковых систем каменного литья. ЛП. - 1967. - № 4. - С. 22-25.

87. Чечулин В.А., Ковалев Ю.Г. Заполнение закрытых литейных форм для каменных отливок // Повышение производительности труда в литейном производстве: Тр. XXII Всес. науч.-техн. конф. Ч. И. М.: НИИМАШ, 1969. С. 242-250.

88. Чечулин В.А., Ковалев Ю.Г. О литейных свойствах петрургических расплавов // Литейные свойства сплавов: Тр. совещ. по лит. свойствам сплавов. — Киев: Наукова думка, 1968. — С. 241 — 250.

89. Возможности применения термостойких отливок из оксидных сплавов. Чернов В.П., Насонов П.Н., Шеляков К.Н. и др.// Тезисы докладов 11 научно-технической конференции молодых специалистов ЗАО «МРК» -Магнитогорск, 2007. С. 85.

90. Чернов В.П., Насонов П.Н., Брылкин Е.В. Особенности получения насадки гидроциклона из оксидных сплавов // Литейные процессы № 8: Меж-рег. сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2009. - С. 56-58.

91. Химический состав материалов для шлако-каменного литья

92. Наименование материала Содержание, % масс.

93. СаО РеО М§0 р2о5 МпО АЬ20з 803 Ка20+К20 тю2 Ре203 №2С03

94. Сода - - - - - - - - - - 95

95. Глина 0,3 46,0 0,2 0,3 - 39,0 - - - од

96. Доломит 40,0 1,0 0,5 56,0 - 1,0 - - - -

97. Доменный шлак 36 38,5 0,9 9,1 0,1 0,5 10,5 1,6 1,7 1,1

98. Железная руда 1,0 6,0 8,0 0,2 - 3,0 - - - 79,6

99. Известь 93,0 2,0 2,5 - - 0,8 - - - -

100. Кварцевый песок 0,2 98,0 0,2 од - 1,0 - - - 0,4

101. Конверторный шлак 39,8 14,8 16,8 11 0,5 3,9 12 0,6 - -

102. Магнезит 2,0 1,0 1,0 95,0 - - - - - 1,0

103. Мартеновский шлак 24,9 25,8 22,7 13,7 0,5 3,7 7,8 0,9 - -

104. Медный шлак 8 33,5 45,6 1 0,1 0,4 4 3,1 0,7 -

105. Рутил 0,5 1,8 0,2 0,1 0,04 - - - 96,2 1

106. Шамот 0,5 53,0 0,3 0,5 - 45,0 - - - 0,2

107. Химический состав исследуемых сплавов

108. Наименование сплава Содержание, %

109. БЮ2 АЬ2Оз СаО МёО Ре0+Ре203 Ыа20+К20 ТЮ2 прочиекислотостойкий 47,76 8,8 18,97 14,7 2,95 2,5 3,26 1,06износостойкий 55,02 12,76 14,96 5,26 7 5 термостойкий 42,9 28,99 19,05 0,96 - 0,81 7,29щелочестойкий 30 25 25,7 11,3 1,4 4,7 1,06

110. Режимы термообработки для исследуемых сплавовщелочестойкий термостойкий

111. Основные механические свойства литых минералов

112. Название минерала Свойства Коэффициент твердости, Ктв, ед.плотность, г/см3 твердость по Моосу, ед. микротвердость, Нм, МПа

113. Волластонит 2,87-3,02 5 4000 0,56

114. Гиперстен 3,3-3,5 5,5 4900 0,686

115. Натролит 2,23-2,25 5,5 4900 0,686

116. Сфен (титанит) 3,3-3,56 5,5 4900 0,686

117. Титаномагнетит 4,2-5,2 5,5 4900 0,686

118. Энстатит 3,1-3,3 5,5 4900 0,686

119. Анортит 2,61е 6 5900 0,826

120. Геденбергит 3,5-3,6 6 5900 0,826

121. Диопсид 3,27-3,38 6 5900 0,826

122. Монтичеллит 3,06-3,3 6 5900 0,826

123. Магнезиоферрит 4,56-4,65 6,5 6400 0,896

124. Андрадит 3,75-3,86 7 9200 1,288

125. Гроссуляр 3,4-3,6 7 9200 1,288

126. Муллит 3,1-3,2 7 9200 1,288

127. Альмандин 4,1-4,35 7,5 15600 2,184

128. Кордиерит 2,57-2,78 7,5 15600 2,184

129. Пироп 3,51-3,75 7,5 15600 2,184

130. Шпинель 3,5-4,1 8 17000 2,38

131. Изменение энергии Гиббса при взаимодействии структурных фаз с кислотами и щелочью

132. Название минерала Химическая формула Изменение энергии Гиббса, кДж/моль1. Ш Н2804 НСЬ №ОН

133. Жадеит №20-А120з-48Ю2 216,8 202,1 203,8 112,3

134. Альбит Ыа20 А1203 68Ю2 -15,56 -30,3 -28,64 -360

135. Анортит СаО А1203 28Ю2 -43,8 -65,7 9,36 -142

136. Кордиерит 2А1203 5&02 17,12 33,29 114,8 -50,2

137. Же л. кордиерит 2Ре02А1203-58Ю2 194,8 149,5 163,2 -371,99

138. Энстатит MgO 8Ю2 -165 -149 -67,7 -89,3

139. Волластонит СаО 8Ю2 -190 -212 -137 -56,2

140. Диопсид Са0'М§0 28Ю2 -170 -192 -117 -149онтичеллит Са0^08Ю2 -148 -170 -95.2 23,01ч Шпинель Mg0•Al20з -180 -164 -82,3 979,3

141. Чермакит Са0-А1203 8Ю2 -197 -219 -144 -49,9

142. Тит. чермакит Са0 А1203 ТЮ2 -213 -235 -160 738,4

143. Жел. чермакит СаОТегОз 8Ю2 -254 -276 ' -201 -181

144. Геленит 2Са0-А1203 8102 -219 -241 -166 -8,72

145. Геленит жел 2Са0-Ре203 8Ю2 -131.82 -153,705 -78,68 -846

146. Окерманит 2СаО MgO 8Ю2 -241 -263 -188 51,84

147. Кварц 8Ю2 -162 1690 70,7 -127

148. Титанит (сфен) СаОТЮ28Ю2 -104 -126 -51.1 -138

149. Перовскит СаОТЮ2 -189 -211 -136 -107