автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Ресурсосберегающие футеровочные массы и формовочные смеси в литейно-металлургическом производстве

ЛИПЕЦКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

Р Г 5 ОД ~

У Ч

- ° ! IV11 1-»« „

На правах рукописи ЧЕРНЫШЕВИЧ Евгений Григорьевич

РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ФУТЕРОВОЧНЫЕ МАССЫ И ФОРМОВОЧНЫЕ СМЕСИ В ЛИТЕЙНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

Специальности: 05. 16- 02 «Металлургия черных металлов» 05. 16- 04. «Литейное производство»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Липецк — 1993

Работа ььтолнша в Акционерном обществе "Липецкий тракторный •■запод" и Липецком. политехническом институте

Официальные оппоненты: доктор технических наук .

профессор' В. МДуре.ин. кчедидат технкчазких наук . доцент Я.П.ХййдукоЕ

Ведущее г.реднрч итве: АО "Новолипоцкий металлургический комбинат"

Зг.пу'та диссертации состоится "_2 1993 года

в 40 • часов на заседании специвлизироъанного совстя К 064.22.01 в Липецком политехническом институте (396055, г. Лиаецч, ул. Московская. 30).

С диссертацией мешю ознакомиться е библиотека института. • Авгорсфьрат разослан "Ж* - 1^3 г.

Ученый сякретэрь егтециылвдйоовагаюго совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА1 РАШТЫ

Актуальность гены. Сниже-ше материальных и энергетических затрат, пог.чкенио качества еыплэпляеиого металла и лит юс машинострси-телькш: оаготнок иохст быть достигнуто за счет разработки; улучшения и оевоонил футероиочных иасо н счссей< среди которых метал--лофосфатн ».аиболее универсальны по многообразию ферм приложения -термостойкие нокрьтия, связуюнр^о ингредиенты, добг'?ки в огнеупоры и фогмовочно-стержневда смеси.

Ыетиялофосфатнче и особенно холодно^вердевцие келеэофосфагние футеровочныв кассы кореннш образом изменяют технологию строительства л ремонта плавильных-и нагревательных печей, миксеров и раз-дМвочних ковшей, в двя - четыре разы сократит сроки их строительства, в двл раза повшшгзт произяодительность труда, ь три-четыре реэа уменьдают "грудогыа затраты и не 20-40 £ удешевляют стойкость футоровок, используемых для виллаяки, транспортировки'и переработки жидкого металла. Вместо е.тем в результате применения фермовоч-но-стержневых смесей с органическими связуг^ши (ХТС) брак литых машиностроительных заготовок достиг 5 % и более, и при контроле отливок на герметичность --20 % от 'всей производимой продукции, а 1'ДК превысило от 2 до 9 раз. Поэтому разработка составов и улучшение свойств ресурсосберегающих фуч'орсвочных масс и формогочных смесей я литейно-металлургическом производстве является актуальной задачей. .. ..

Данная работа является составной частью исследований по выполнении темы •• задания 02.03.02 "Создание и внедрение новых са-«отвердеющих ресурсосберегающих формоючшх смесей а замкнутьы многоцикловъм использоьанизм неметаллических материалов». а тлкко внеокоогнеупорных футеровочных масс с целью замены ими огнеупорного кирпича в лп1ейньи ковшах, плавильных к нагревательных печах", а также зацяний: 02.04, O2.C4.0I, 05.CI.01 Координационного

.3

плане научно-исследовательских работ АН ОХР ня ЮВ5~1990 и после-дугаие годы НА РФ по уе-азнкю научной проблемы £.26.1.5 секции "Процесса литья".

Цель работа - у луг-дани о свойств известных и ре з работка новых состкпсв, совершенствование способов регулировании свойств мсталло-фосфатных футерозочных масс, смьсеЯ и технологии получения стдниоя с применением футоровок, форк, стеркнёй не основе железо- и жолезо-ивгниВДосфотныт. оекзугщях материалов.

Основные задачи исследования, поставленные в работе для достижения указанной цэлк:

уточнение ко годики и выбор приборов для изучения составов и свойств овязуквдх композиций, футеровочных масс, смесей;

- изыскание спосоо'ор регулирования т«¡рдения, свойств фосфатных свяэугацих композиций влияпцих № повышение рхологичесхой безопасности и пластичности (снижеше хрупкости), ум^чпдение осыпаемости, обеспечивающие достаточную прочность без снижения их термостойкости; ■ - ■

- изучение механизма и процесса твердения железо- и железом«п-ни»Тфосфатных.футер01Ючнчх идее и смесей;

- исследование технологических свойств и получение оптимального состава футеровочных масс и смесей;

- производственные испытатш и практической) применение футеровочных масс, смесей при изготовлении литых машчнсстроительннх изда-лий.

Научная новгпыг. Установлены закономерности твердения и кинотики резруисния холоднотвердеющих футероночных метоллофосфатных масс

пои использовании яидкого доме;шого чугунь в производстве литых • *

чкшиностроительных заготовок. Г.оказг.ко, что между различными видами личностей суврсч пует зависимость, которая позпплярт оценить

.4 ''

хрупкость $^вров(М1нмх.масс Лотмошвние прогшости при сжатии <3сх к прочности на срез ). Условием, их оптииядытасти является

К моменту разрушения футеровки , что оггреде-

ляетея объемной концентрацией трещин С.

Ьыярлим особенности образования монолитной (спекшейся) струя-туры футеровки, когда её холодное твердей«® осуществляется путем ; обр^зоюкия уеталлофосфатнкг кристаллогидратов» в при тепловом воздействии удьляотся адсорбционная * кристаллизационная вода с «о-таточ«о>1 г.ро'сюстьо масс, позволяющей их использовать и кик формо-вечно-стермневыр, смеси. ' ;

Исходя из атого на основе термохимических исследований показа^ ио, чтб механизм холодноготвердечия железо-ти у.п.лзэомагнийфасфнт,-йшг масс представляет елоаиуо совокупность .¿эаиыоёвдзанных и параллельно протекяющмх вроцессов, среди которых основными являются образование растворима*: однозамецеикьпе фосфатов; непосредственно гвердеике - Образование нва&й фазы: ветоллофосфвтных кристаллогидратов; твердофизовие превращения, пбвнояющка или улучшающие их фи-зико-механическяе свойстве., Получены математические зависимости, подтвержденные экспериментально, ихрекомеадуотся использовать при разработке технология яспользования1видкогодсменного чугуна в машиностроении, составов футеромадых масс и смесей, в расчетах свойств и параметров вксплуатации металлургических футеровок, литейных форм И СТврЖНвй* . \ ';

Практическая аенност». Разработана математическая модель Технологической схем» переработки жидкого-доменного чугуна. Решение оптимизационной вадочи определения структуры потребления литейно-* го и ».предельного доменных кадких чугунов по. у^танойленнш математическим Зависимостям выполняется при помощи симплексного метода, реализуемого на ЭВМ. Получены новые маггемитовче и магнезио-ферритные холоднотвердекицие футеровочнне массы, улучгабпн составы

и свойства магнетит о- и ыаггем&гнетятовых формоьочно-стержневых ' смесей.

Разработаны классификации керамических и металлокерамических футеровочных масс с указанием основного назначения и областей кх применения.

Для сояд'шия и оптимизации составов, сьоПств и промышленной технологии применения создана компьютерная программа "Паскаль-футеровка", позволяющая моделировать и устанавливать свойства футеровочных масс ь диапазонах варьирования ингредиентов, и найти их значения, для которых расчётные данные наиболее близки к ааданиш.

Основные результаты работы внедрены в плавке и разливка чугуна в индивидуальной, мелкосерийном и массовом производствах чугунных, стальных и цветных литых машиностроительных заготовок на АО "Липецкий тракторный завод". Результаты разработок по переработке и применению жидкого доменного чугуна использованы Учебио-научно-лрЬизьодс'гвенным предприятияеи "Политехник"; по применению холоднотвердеющих- металлофосфауных футеровочных масс и формовочно-стерж-невых смесей - АО Липецкий "Цзнтрдлит", Макеевским труболитейным и Купянским литьйныч заводами. Расход огнеупоров, природного газа, электроэнергии в футеровочных работах снизился на 30-37 %, повысился срок службы футеровок и 1,6-2,0 раза; снизился <5рак отливок и повысились их физико-механические,свойства до 30 %; улучшились санитарно-гигиенические условия труда, снизилась опасность загрязнения токсичными веществами окружающей среды. Экономический эффект на АО "ЛТЗ" составил свыше одного миллиона рублей в ценах 1990 г.

Нл защиту выносятся следующие положения:

-'математические модени технологии переработки жидкого домен-нога чугуна й применения его в металлургическом производстве машиностроения, "своЙство,~соста8 футеровочных масс" и компьютерная

программа для разработки, оптимизации составов, свойств и промышленной технологии применения холоднотвердеющих футеровочннх мясе;

- механизм возникновения трещин в монолитном слое футеровки, хрупкость, условия разрушения футеровок;

- разработанные и оптимизированные соствг.ы м&таллокерамичес-ких футероьочных масс и их основные технологические свойства;,,,

- улучшенные составы магпетитоечх, мяггеммтомвгноаитовых и формо^очно-стеришвих смесей;

- экологически безопасная технология изготовления майиностро-итвльных чугунных, стальных и отлкво* ил цветных сплавов с повышенны«! физико-механическими свойствами.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на научно-технической конференции АН СССР и АН РФ, посвященной 1ь5-летип Русского Технического обгцестса (Москва, 1991 >; Пленарном заседании международной технической комиссии "Самотвер-дешпие смеси" МКТА "Ограничение сырья, материалов и энергии в технология самотвердеющих смесей" (Москва, 1981); Советско-Чехословацкой научно-практической конференции "Полмфосфатные холоднот-вердеипие смеси и отливки из высокопрочного чугуна" (Липецк, 19Ы); научно-технической конференций "Прогрессив»ма технологические процессы и охрана труда в литейке-металлургическом произгодстве" (Нижний Новгород, 1991); Советско-китейскоП научно-технической Конференции (Киев, 1991); Областной конференции "Повышение эффективности металлургического производства (Липецк,1992,1993); Международной научно-практической конференции "Совренсшшэ технологические процессы и оборудование в машиностроении (Чебоксары, 1У92).

Публикации. По теме диссертации опубликовано печатных работ и получено дра положительных решения о выдаче патентов на изобретения, ^

Структура и объём работы; Диссертация состоит иа введения, шести разделай, основных вызодов, приложения, изложена на 3£4 страницах машинописного текста, включает 15 таблиц, содержит 39 рисунков и список литературы иа 147 названий.

ОСНОВНОЕ ООДЕРШШ РАБОТЫ . В первом разделе представлен критический анализ'имеющихся в технической и тсвттИ литературе теоретических и экспериментальных данных по футаровочным массам и формовочно-стержневьм смесям «ш основе универсальных сцязуюцих композиций. При анализе данных • процессоь -авторы большинства работ основное внимание уделяли футаровочным массам для замены ими фасонных огнеупоров в разливочных ковшах, ллацильных агрегатах. При этом недостаточно полно рассмотрены процрссы, осязанные с использованием холоднотвердеющих метал-лофосфатиых масс, с получзняеи из ¡их литейных форм и стержней. Крайне недостаточно икформа^и по применению едкого доменного чугуна в металлургическом¡ Производстве машиностроения;

Прогрессивным направлением .является одновременное использование оксидов железа различного фаоодого состава и степени дисперо- ■ но от и, оксидов железа и магния.»" которна обеспечивпк/г требуемые сочетания необходимых свойстьфутероваадмх мьсс и смесей I» всох этапах их применения, что до сих Вор недостаточно изучено. Не исследовано ьааяяодействие оксидов железа и магния при их взаимном содержании в связующих" композициях и футвровочно-форыовочных массах (сцесях), '. ; ' ■'"

Установленное сродство фосфатов железа и алшинкя с силикатами открывает перспективы в.разработке и применении ресурсосберегающих масс и смесей. Однако металлофосфатные футеровки обладают относительно дл»ггельнш процйссом образования монолитного слоя, низкой прочностью на ранних этапах эксплуатации и пооышоннш рас-кодом апязумриикгредивнтов. .

Евделсны факторы, влияпцие на качество металлургических футе-ровок и форчоьочно-стераиевых смосей, названы приоритеты основных направлений исследований. Сформули^юваны цель и задачи настоящей работы.

Во втором разделе рассмотрены четодн испытания свойств футеро-аочннх масс, смесей и обработка результатов исследований. Укааь.м базовые обставь для проведения исследований. Описаны методики экспериментальных исследоо&да.й твраоккккчсских условий кинетики твердения '{утеровочшх млсо и смесей. Для этого использовано уравнение определения скорости их химической реакции О )'.

\! * п У*

/>ьн:х • д7Т~ 'сНг ' *-- С1)

где "ш - количество исходных оквивалентов оксидов; п - число

окБивалсптов оксида в железе- и нагиийсгдержащем "взторг.аль, потупивших в реакции с воднш фосфатнш ¡л изо рои; х.р - перепад температур в условиях взаимодействия оксидов железа (или «агния) с водим фосфятиш раствором; -—¡г - скорость изменения темпорату-ри при кх взаимодействий.

Совместно с рр.нтгек0ст(уктурм1м, петрогрефнческш, экспрессии» анализом (магнитно - дилометричес*им) иолльзовак для анализа .результатов опытав магнитоядерннЯ резонанс - гамча резонансовая спектроскопия. Дегидратация отвердевших снязунцих в футеровочных массах изучена §и. деривьтогра^е СД-102, о прочностные свойства> на олектронннх приборах неделей 5070А к 5С71А, разрывной чыгнне Р-0,5 о оплсителчгоП погрешностью измерений менысей или равной т2 %. Определение взятых газоэ, в тс« числе отобранных при термическом спекякил футеровок и рчзр/сении смесей, произведено да га-■31ВОИ хромстогрлфе ;

. Решение оптимизационной задачи определения структуры потре^ло-нив литерного и предельного доменных жидет* --тугунов по математическим 9звиса~40стяч..встолнзно.при покощи ;сим1Х"|ексного метода, о

разработка и оптимизация составов Футеровочннх масс осуществлена путей использования математических методов планирования экспериментов и получения моделей "свойство-состав", "свойство-состо«-технология футеровочних процессов? с размерностями факторного прост--ргшства 2, 3 и 4. . ■ .<

В третьем разделе приведены данные об исследовании жидкого доменного чугуна при использований его и металлургическом производ-; стве машиностроения, что позволяет сократить экологически вредные и энергетически насыщенные технологии, связанные с получением чушкового доменного чугуна и его последующей использовании при плавке чугуна и стали в вагранках, электропечах. Исследования показали,, что жидкий доменный чугун после предварительной обработки для использования его в литейном производстве имеет параметры ^ : содержание серы 1^6 0,10 %, содержание фосфора Р^ 0,15 %, содержание углерода Рд» 2,7-4,0 содержанка кремния Р4*1,6-2,3 %, содержание марганца Р^О, 4-1,1 %, сод&р.тание легирующих и модифицирующих компонентов 0,05 Получение перечисленных параметров достигается: десульфурацией (Р^У, шлакобйрлзопакием (Р^), обезуглерояи-вин/ем (Рз>, ферросилициевой обработкой (Р4), ферромарганценой обработкой (Рс,), легированием и модифицированием (Р$), термообработкой ЧР«7> - нагревом и перегревом жидкого доменного чугуна.

Различные составы жидкого чугуна э количествах Хь , проходя последовательно через,технологические стадии переработки, задерживаются таи на время ¿¿^ ( ¿,7 » номера составов и саадий), необ-. ходимое для Доведения параметра до указанного значения Р^' При зацяыюх годоьом фонде рабечего времени для каждой стадии затраты времени на отдешшхствдитс удовлетворяют неравенству

. /.. (2)" ■ а состав жидкого доменного чугуна должен бычь таким, чгобы выход

10. '

литых машиностроительных ааготовок заданного химического состава и физико-механических свойств (М) был максимально

дл - ^ КгЧ — тая , (д)

где Нг - коэффициент выхода годного литья для каждого сост ва жидкого доменного чугуна.

Репкпие оптимизационной задачи определения структуры потребления литейного и передельного жидких чугунов по условиям (2) и (3) выполняется при помо'ци симплексного метода, реализуемого на ЭВМ.

В углояиях переработки и применения видного доменного чугуна металл длит"льное время соприкасается о Футеровкой из фасонных огнеупоров, которые могут быть заменены Футеропочнмми холодиотвердоо-цими массами. футеровки классифицированы по трём оеноамш признакам:

1) виду - дм класса: керамически*; (К) и метяляокерамические (МЛ);

2) основности - четыре группы: кислая, но.чукиплая, ¡¡ейтр>чльнэк, ос»-новизя; 3) огнеупорности - внеокпя (>1700°С), средняя

низкая (<1300°С) .

Иоследоппны следу щи о составы футеровок, масс, долI - кварцевый песок (90,0), глиноэенпс ый цемент 1X0,0)г вода и другие добавки - класс К-?, группа И (полукислоя); 2 - «сварцевый песок (92,0), жидкое стекло (8,0) и сперх 100 % шлак феррохромевого производства (2,0), во.-.а (3,0), ДС-РАС (0,2) - класс К-1, группа I (кислая); 3 - кварцевый песок (99,0), огнеупорная глина (6,0) и сверх 100 % вода (5,0), борный ангидрид (3,0); 4 - кварцевый посол (94,0), железорудный концентрат (6,0) и сверх 100 % ортофосфор-ноя кислота (4,0) - кллсс МК-1, групт I (кислая); 5 - доломит (75,0), ор-тофосфорнпя кислота (25,0) - класс К-1, группа 1У (основная! . Установлено расиирекие в области 600-7П0оС, а епше -успдкя кпарцрцементной футеровки. Нидкостскольнпя футеровка при 600°С г.окршцает линейные размеры с +0,99 до -1,4 %, что объясняется наложением на процессы усадки начала плавления её ингродиен-

II '

тов.' Наблюдается резкое различие р поведении составов футероьочных касс - I, 2, 3, 4, 5. Фосфатные цементные футероьки (4, Ь) усаживаются при нагреве свыше 200°С, кнчрцецеионткые (I) - с£»»ши 600°0, что свяоено с расширение!,! нгарца, искажающем усадку сея&у»".1(их композиций. Максимум при • расаире!«« указывает на наличие иоекздь.чих процессов, »ызмваодих усадку или расширение футероеок в результата нагрева. Усадка является следствием уменьшения объёма в результате происходяцих физико-химических процессов - дегидратации а оплащю-ния. Футоровочные массы'МК г, содержанием оксидов келеаа обладают незначительными объем ними и мнейшми изменениями при нагреве и охлаждении. Могут быть использованы как кислые, нейтральные, так и основные, что обусловливает? их перспективность применения в монолитных футеровках.

•Ускшо&пена зэписм»о<-ть мевду раэли»;»«*;.'. видами нрочносгей, которая-рекомендуется для огг-ьчи л руда, осп, ру'гвроьпчни>, ui.ee. За ко-личественнуы оценку их хрупкости' пришло отношение прочности при . сжатии ©сж к »¡рочкостм на ерязФер-. Если 0«х/о<у»»=2,0-3,0, то футоровочные массы вязкие (пластиф»ые)',* а если©с*/вс/» »3,7-4,5, то они хрупкие. Условием оптимальности качества холоднотвердеющих фу-. теровочных масс ро вежМщ её хрупкости является При СЗсж 0, то есть прд достижении футеровкой ыякскиалъгай прочности, среднее расстояние мивду ^реданами размера С равно />/?я2,71023 и оиеня чается концентрг.ционкш критерием с . Хрупкость скижпетсл лсподдоюймяи более качественных «сходных лс-роаков металлически* оксидов, меклечедие* вредках для холодного твердения примесей, оптимизаций состав.'», параметров приготовления к уплотно!»я футеровочной мпссы. Определено положительное влияние олдаоборофосфатов на тсхнологи^есгие свойства футс-ровочных масо. Содержание в..еевугзрй композиции А^Зд и 8 одерживает как .фьзорый переход РеНГО^4 Н^О. в криствдличеехкй, так у. преврьце- ,

ние кислого фосфата в средний, что и является причиной снижения хрупкости и псишгсния живучести фут^ровочноЧ массы. Наличие в с зуж);ей композиции окоидоь магния повышает скорость твердения, а кспйльЕ0Бг1.!1/'!, жал1.-&оруд1Ю1'0 концентрату сожестно а магнезитом пошит? её огнеучоркооть с 2ССЮ до 1713- Это позволило получить термостойкие поярнтия (с.чяэуицув композицию), масс .дол ае-лезорудный концентрат 0,0-40,0, магнезитовый порошок 27,0-55,0, ортофосфорн^я кислота ¿-Ь.О.-Ю.О :»,. на ей основе ыьгнезиОферритши фосфатниг футеровочкие мааса, содержащие «ьарцеьый песок СГ,0-01,0, зслепсрудный концентрат и мАгч^зитошй порошок в соотношении 1:5 1:1 - 6,0-12,0, ортофосфорная кислота 3,0-7,0 (нол.рел, по заявке X '»944670),

Экологическая безопасность улучше-т», увеличивается живучьить, поыиестся скорость отре^дения, снижв'лЬя хрупкость и остаточная алаяшсть футеровки если она содерда? тчсто алкмохромфосфатной связки сьиг>«ацпй ингредиент, якхмчавщий а^кмоивгнийборофосфвтныл раствор о соотношении с- ортофосфорной кислотой - 2:8 или Ь:5, или

о количестве (масс.дпл. %) от 2,0 до 15,0; крокус от 2,0 до 14,0 и остальное до 10С % огнеупорный наполнитель (пол.реи. пэ заявке № 4944Ш9). ■

Свойстг.а футеровочкых масс достаточно полно описчвавтсп: живучестью (Ти мин), прочностями при сжатий (МПа) чер^з один, три, двадцать четыре чэсо а зависимости от факторов (иаос.дол. %): железорудного концентрата (х£), сртофосфор.'ЮЙ кислоты (х^, воды (Х3) и фоскабора Сх4), например:'

Г» 22,6 - * 0,С7ха '♦' 1,20х3 - 4,83х4 - 1,25х| -

. - 2,25*2 " V5*! ♦ - - 4,ШХ»Х2 .+ 4,12Х|Х4*

■»• 1,5x^3 - 1,0x^4 - ¿,Шх2Хц. 14)

Яаиискчость (4) явилась математической основой разработки

компьютерной программы "Паотель-футеровка", которая позволяет ио-делмромть-и устанавливать свойство футеровочных масс, р диапазонах Р0ры1ро!«шия ингредиентов и нзйти их значении, для когорых 'расчетные данные наиболее близки «к заданном.

При тепло г-ой обработке-футеровки происходит по разупрочнение для .кежцентрчта хромитовой руды в интеррлле 200-400°С, для железорудного концентрата в. интервале от 20 до 20<)оС повышается прочность, о затем происходит её цадение. Повышение прочности происходит яа счет увеличении скорости, образования, росли и срастания криг.тгллот'идрйто». Дальнейшее повышение темперагуры вызывает процесс м дегидратации ¡> полимерные препридания продуктов догидрата-ци". енияоиип прочности футеровок устошиь'ироется козйфи-

то»нау> пч'п паи М бел -Не* «в», «ал» п;пижр

циемтом рпаущючпеннч л/зоь ---ткыслр-• гдг со* я <3ся

<5«>«

- соответственно мая е. малыш я и минимальная прочисти при снятии после нагрева, НлДдсно, что фут срачки ни осноно хромитовой руды и фосфитов имеет Храл.г.1, у железофоефатных Нрт^2,6, что и иозво-' ляст одинаково успешно применять желеэофосфатнып массы в качестве Футеровок и формовочно-стсржнсвых смесей.

В четвертом раздело приведены данный о сопершенствЬвания составов и улучшении свойотв формовочно-стержневнх смесей желеэофос-фчтнкми связующими. Исследованы нагнетитопып и мяггемитомагнетито-аые связущие иомпоаиции и смеси. Изучены возмогшостн регулирования технологических и фиейконлехннйческих спойсгк евязуших « смесей, Показано, что применений в формоРочно-стержнсекх смесях фос-ко^ора, который имеет комплексный состав катионов* фосфора, калия, мпгния, йпходящихся в виде химического соединения полимерного бо-ро^осфатноро состава, значительно улучшает свойства смесей. Наилучшие результаты получены при содержании в смеси 0,4-1,1 м«сс. дол. % фогмЧорв, когда смееь пёрехе.пит из хрупкого в рлзяоо

(пластическое) состояниеОох/^г^ < 2^5, и имеет удовлетеоритель-

14

ную живучесть, незначительную осыпаемость, достаточную» газопроницаемость и высокий темп твердения без разупрочнения после отверждения.-

Установлено, что определяющим в теплоаккумулируищей спосоонос-ти железофосфатных смесей является содержание в них магнетита (Ге304). ко/орил ке только увеличивает скорость отвода тэплоти кристаллизации металла отливки, но и связывает водный фосфатный раствор в кристаллогидраты - фактор окстексивности (отЕердаднио), а также является фактором интенсивности увеличение скорости от-эервдания фор/ и стержней за счет содержания а нём вмсскореакцион-1!0го цаггемита ( - Ге^Од). При втоц прочность возрастает и хрупкость ъ/еси снижаете.[ с повьиекие* о связупдеЯ к оппозиции галеэо-рудного концентрата а сочетании с. порошком мигкмтньк чёрнш иди крокусом, фоскабороч или алгыокагцийборофосфатна* водным растрои.

Показано, что совершенствовагаше составы смесей обладает регу-лйруемш высокими теплоаккумулируюцими свойствами, низкими хрупкостью, осыпаемость», достаточной.Газопроницаемостью и значите,".ь-¡¡ш темпом отвер2деш)я, что позволяет ревать более полно вопрос ресурсосбережения в формовочных процессах, чем при применении, 'типовых смесей. Они по своим свойства»!Превосходят типовые аналогичные смеси, их приготовление и примените не требует дополнительного оборудования или капитальних затрат.

В пятой разделе приведена результаты исследований процессов холодного твердения разрббогянньа' футерсвочных масс и улучшении* составов формопочно-стержневых смесей, их кинетики твердения и основа их ресурсосбережения. При еаешивании порэвков оксидов желчзь, магния с водиши фосфатными растворами (орю{ос|огной кислотой, алшомагникборофоефатом, фоскибором), а также дигносуЛьфон&тдв, сульфонола, синтетического вещества "Прогресс" с кйнш'нтрзтоц

хроми-то^оц руди, хромомагнезитом или кварцеаьы песком происходит

.. 16

ки-яотно-осноьно* взаимодействие с образованием пересыщенного раствора «хотв^тетЕуюау« веществ, вследствие чего выкристаллизовывается порея фв;.е - триста ллегкдглгы. (^разовянио мегидлофосфатных кристаллогидратов птюисходит с выделением тепла, что описывается урчг.нснмоч (I) таблицей I,

■ Таблица I

Тс|мрхимичсскге ачаимодсЯстьип елгмомагнийборо-

фоефатнего }ястворг. к фосмлори.с пюотитом

Концентрация 1ЦР(Ъ в рост- 1 ¡Сонцстрпция в рястворо олхмомегний-горе и параметры термохи- 5 борофосфата, мязс^под. % мичискогь взаимодействия т~ ~ ~75 ~ ** | :"д~ ~ "

Содержание Н3РО4, кг-ояв/м53 12,4 9,3 6,2 Скорость Г.Я I ЭКН '

Ьл> 1 1,ОЙ-10-3 0.62'10-а ' 0,56-10-3

Тепловой эффект 5 %.р\я#/*о*ь 1,375-ГОЬ 1,365-ГО5 1,22-Ю5

Н5 даи>;ых таблицы следуот.что полученные тепловые зф^скти в пгло« блузки к теплоьоау эффекту химической роакц^и РеО и НдНО^ (1,1-10с Дх/мшь) и свидетельстяуот о том,' что перевод оксидо* «е-лвдц в растсоркиую Фсрмупри взаимодействии с олшомягнийборофос-фатным-раствором определяется ходом атйй реекции. Аналогичныо данные попученй и для фоскаборл, что под?пергдено завкстостьг, скорости изаямодействк* РеО от оедеретния в водном растворе Н3РО4 вдв-момппшйбора и фос-сабора. При атом скорость взаймог,«;йствия КеО прямолинейно с вяза;« о концентрацией И^РО^, тс есть лорядои реакции персый и ыеханиэч РзашодеКстпия алпк^агнийборофосфотного раьтйо-ри и фоскаборл с г петитом иналогкчен механизму ьзаиыодойгтвия оксидов железа с КдГО^. Близки и консч'пкты скорости, которые раэны 8,5-Ю'*0 при нэьниодействии яюсти.та е алшомапмйбо-

рофосфатшм раствором, и 7,1 •ЛОТ^ .с-^/кг^»/^ »- с Цистой ^тофос-форной кислотей. 3 кинетикс твердею,Я «аО.''(а1'Г'.«17Сй три периода. -

Первый обусловлен образованием растворимых одноэанэдентос фосфатов; второй - непосредственное холодное твердение футеродашой массы или смеси в результате возникновения повой фазы - кристаллогидратов, их .роста и срастания;-третий - твердофазсвыс превращения, г.овшав-В5»е или улучшающее их физикр-гуахенические свойства. Первый период позволяет контролировать процесс твердения и управлять им. Его длительность и интенсивность позволяютрайиомерно распределять связук-«ее медду частицами огнеупорам создавать,необходимые пересыщения, определяя характер и скоростные воаможиооти последующих: процессов, структуру и свойства футероеочной массы. Тепловой эффект снязан с протеканием кислотно-основного взаимодействия между двух- и трех-валенгаши океидади, входящими в состав ,железо- и магшйсодерйэщих ингредиентов, и фосйятеми. Скорость твердения, а 'вместе с ней физико-механические параметру металлургических футеровок и литейных форм и стержней зависят главлкл образом от структуры железо- и цягнийсодержагчих материалов, а эффективность водных фосфатных раст-поров определяется презде всиго содерканкем а них НдРО^. Органические добавки иигиосульфонат'-технический, поверхностное активное вещество "Прогресс") экчеДлявт твердение, а электролиты (фоекнбор) его ускоряют. Позтоиу при взаимном их присутствии в футероьочной массе наблюдается незнпис1Шость действия каждой из этих добавок, то есть сохраняется принцип аддитивности.

Г'есурсозноргосберегаемость определяется образовавшимися кристаллогидратами цеталлофосфатов,. В затвердеших массах происходи-: обмен иещцу кислыми гидраткроеанншн фосфатами и окрукаицей <-рс!до;! с сохранением зарядного состояния катионов жолоза,. ч»о^¡о^тлерж^е-но гамма-резонансовши исследованиями. С целью экспериментального подтверадения ьнсказаюшх положений о ресурсооиергосбережетш в одних случаях масса поело твердения разрушалась и вновь смешиаа-л'юь с фосфатами, а в других ппдеергадась нигреву, и посла <хгда*~

дения и раорушения вновь перемешчвалесь с Н3РО4. (таблица 2). Данныа таблицы 2 подтверждают многократность взаимодействия

оксндоа железа с ортофосфорной кислотой, ь результате которого

*

происходит холодное твердение футсровочннх масс, смесей и, следовательно, обеспечивается ресуриоансргосбгрежсимь металлургических фугсровок и литейных ф^рм, стержней.

Таблиц« 2

Влияние условий твердений на свойства масс, содержащих прокус

" "Г

{ 0,5 ! 3,0 ! 1,6 ! 24,0

Отвердевая масс-г розрупчна и смешана с ортофосфэрной

кислотой (ж/т « 0,70) 0,0 0,1 0,3 0,8

Затвердевшая масса прогрет» при 7С0°С, разрушив л смешна с онтофосфорной кислотой

(ж/т *"0,3) 0,1 , 0,6 1,4 1,9.

3 шестом разделе приведены результаты производственных испытаний, практики работы, с фут.еровочньми массами, фориовочно-стержне-ььми смесями и технико-эколого^экономические расчёты.

Производственные испытания проводились путем приготовления фу-теровочных масс и использования их в разливочных ковшах, миксерах; вагранках, йлементах мартеновских печей, для изоляции глисспжных ■груо методических печей прокатных цехов, индукционных плавильных печей. Даны рекомендации по технологии приготовления и оборудованию для этих целей, га> выполнению футорбвочнш рьбот, пвхдаметром прод» г, океллуатпции футеровок. Установлено, что экономия от применения футеровочиай к.варцевожслсэо{осфатпой массы соетядляет не один, мерный разливочный, кори центробеш'-ых труболитейных машин -

20 кирпичей, а с учетом пэьшыния срока их эксплуатации - СО штук. Йемена в разливочных козлах в условиях Каннского лчтойного вявода и АО "Л73" показала, что срок их службы возрастает при замене иэ-мотного кирпича на холоднотвердэлкцуп металлофосфатнуп пассу в 2-3 раза при экономии энергии на сушку огнеупорной футеровочной кладки до 90 % счигэнии брака отливок по шлаковьм раковинам в 2-3 раза против существующего.

Отработка технологии получения (¡ори, стержней на основе улучшенных составов желеЗофосфйтных связующих и добавок оксидов железа как противопригарных, теплоаккумулирувдих, нейтрализующих токсичные образовании осуществлена в АО "ЛТЗ" на отливках типа "Карте]» конического редуктора" 830.14.150 массой 158 кг из высокопрочного алгыиниевого сплава, имевшего I? стержней от I до 1У классов сложности; отлияок Т 50-1701025 "Корпус трангмиссии" и Т ^>-К0102Ь "Главной муфты" массой соответственно, 211,5 и 94,6 кг, отливаемых иэ чугуна СЧ20; а также футеровочных масс для чугуно- и сталелитейных разливочных ковшей и элементов вагранок. В результате повышена стойкость футеровок и снизился брах литья за счЙт снижения тепловых потерь, повышения термостойкости футерогок и формовочно-стержневнх смесей, снижения их газотворности и попадания, в металл неметаллических включений в 2-3 раза против существующего.

Обеспечено минимальное ввделение токсичных веществ _ 0,0л против 165,44 мг/м^при использовании в формовочных и стержневьм смесях синтетических органических смол.

Желеаофосфатные связующие композиций, футеровочные массы и смеси используются на Макеевском труболитейном заводе при футеровке мерны: ковшей и термостойких покрытий крышек миксеров, Купянс-ком литейном заводе - разливочные ковши и горячотвердеицие йеоо-почные формы} АО Липецкий "Цоитролит" - стержни, формы, в то« чис-

19

лс и п]ж снполнении экспортного литьиаппорной арматуры; УШШ "Политехник" - бсзопочиыо форчн в производстве отливок с пролитыми квкалсми из высокопрочного чугуна; ЛипПЙ учебный процесс- .

Результаты работы переданы управлению внешних сноионнй Министерства металлургии СССР, АО "Кировский завод" (Санкт-Петербург), ■ Центральному иучно-ксследоеательекому институту конструкционных материалов "Прометей", ДО "Волгоградский тракторный яагюд" и другим организаций: и АО.

Экономический эффект от ьнедронил результатов работа На АО "JTI3" b~ID90'г.-составил'1>3 млн* рублей. ■'■ •

. ОЩИЁ ВЫВОДУ . i.

1. Проблемы поселения росурсоэчергосбереже)шя в лит ейнс-метал-^ургическом производствс машиностроения решается КБ основе использования жидко годоменного чугуна иэкологически безопасных метал-лофссфатных футерогочных масс, .смесей; для которых рассмотрены принципы получения и совершенствования, управления юс свойствами, этапы переработки жидкМ'одоменного чугуна и применения его в производстве отяйвок/Дляполучпния отливок и» «едкого доменном чугуна разработаны детермиииропанные и статистические математические модели и к^ссифицировакы холоднотйердеи^е массы.

2. Разработан комплекс математических йодмей и компьютерная прог1яша "Паскаль-^^ег«эяа"'д*я выу^ботяи управляюцих решений: параметров переработку «едкого доиениорр чугуна ,выхода - литьос ив-дел й, свойств $утер0вбчиа>с w»ccсмесей/которая в режиме дисплейного диалога предопределяют исходные данныл ira реиению задичи и осущестялет;я об^ботки, ei^jnis/i шяучепных даниш.

3. Холодное тведДсние и монолитностьфутеровочных сбстаюб достигнуты применением связующих, которые вступают в физкко-хши-ческое взаимодействие с обравовекиен пластичной й жидкой массы,

. . го. ■ '.

превратимся 1фи й-30°С в прочное, а в области 14П0-]500°С в монолитное керамическое или метоллокерамичоскос состояние.

4. Доказано, "то хрупкость футоровочных м-тсс (смесей) определяется двумя кспсктчми: тер-юфлуктучц'.гонкьм зарояданием микротр<чцин, переходом к макроразрушению, протекрйЩ11ми н несколько эталон. 11я первом- - накопление микротрецин, создя^х концентрация иапряж-чий, «у втором - укрупнение и третьем - их объединения (слияние). Разрушение происходит при стнлпении прочности на сиятяе к прочности на срез (5«ж/<5«^г"0 при расстоянии между трсэднпми размера С , равном /} =2,715322), и оцени по ется конценгракиэннмм критерием (;-1/Зг (# он регулируется фазовым составом оксидов (Рс^'Эд - магнетитом, У - Ро^Оо - маггпмитом. ЯеО епетитом и -Ре^.О^- Гсмьти-том),.стабилигируетцими катионами: КС**,

Ь. Термохимическими исследованиями подтрерж&ено, что механизм хпгодчОго твердения мясс и смпсей гтредсгевляет собой сложную совокупность пзр.имосйя.зпнклх и параллельно протекающих процяссоп, главными и кс.сркх являются три периода: пергый - образогапке {¿-створи-мых одиозамг;:длшп;х фосфг.тов; второй - непосредственно холодное, твердение, протекающее в результате обрззопгншя и срастания кри^-талогидрчгт-пс «(^аллофосфлточ; -ротий - твердофазовыо преаращ ния повыш-очне или улуглаг«;и»: их физико-механические свойства.

Л. ¿(олуч$кы могкезиофорритнмг: связующе для футероночных масс и смесей путем применения сочетания железорудного концентрат*) с магнезитом, когда образуется М^О-КерО^, чго обеспечивает высокую огнеуперность и термоо7Лйнос'.т> футероеок и смесей.

7. Разработаны принципы регулирования технологических, тспло-.технических и фиапко-механкческих сеоЙств футьровочных масс, сме-сой и их спяэуясшх. Установлено, что опрел °ляицим в теплопккуму-лнрукце-й способности яз/лется содержание в них мтнетита,

?Л

который ке только увеличивает скорость отаода теплоты кристаллизации металла отливки, но и связывает фссфагы в кристаллогидраты -фактор окетенсивкости (отворадение), а также является фактором интенсивности - высокая скорость отьарждоьия за счёт содержания в нём »ыоокореакционнсго -FtjpO^ (маггзммта5; прочность возрастает, а хрупкость снижается с пояшскием содержания в сзязуки^м железорудного концентрата, в сочетании с порошком цагнитндо чернш (крокусом) и фоскаборйи, а также .с алшоиагнийборофосфатом; с повышением PgO^ увеличивается скорость переходи годя кислого аморфюго фосфата в кристаллический и наличие в цвяпуицен AfpO-^ и BgO-j одержи васт фазоиый переход FcíIPO^* H¡jO в кристаллическое сосхояние, что сникает хрупкость к швишаег живучесть, а М^О повыашет скорость твердения футеровочных масс или смесей,

tí, Малоотходгость и б«зотхо,пность, окологическая оеао;тснрсть футоровочл^и масс и смесей обеспечены свойствами кх кристаллогидратов, то есть способностью присутствующих в них Н+ -яснов к замещению на катион железа, что определяет многократное их твердение, р тоц числе и поело их промышленного "Применения с дополнительна вводом в их состав фосфатных' растворов и освежением оксидами железа и магния.

9, Разработанные и улучшенные составы футеровочиых масс и смесей и технологии их применения, в том.ччсле с использованием жидкого доменного чугуна в .машиностроении, вколо.гически безопасны и ресурсознергосберегаюци. Суммарный экономический оф^экт составил 1,3 млн, рублей, ожидаемый на выводах РФ и странах СНГ с учетом окологическо* безопасности - сулю 1,Б миллиарда рублей,

OcHOBiiOf содержание диссертации отражено в следующих публикациях: . '

Г, Теория и практика получен»* форм, стержней и футеровок из

^ & ■

холоднотвердепяих пеечано-метвллофосфстнж смесей /Е.С.Гемов, В.К.Ханин, Е.Г.Чернншечич и др. //Иогифосфэтные холоднотвердеющие смеси и отливки из вчсокслрочього чугуна. - Липецк, 198У. -С.60-02.

2. Черншввич Е.Г., Власов Н.Г., Григорьев В.В. Самотвердетцие монолитные {утерог.очтю массы /Д»рогрг-ссивныз технологические процессы и охрана труда- в литойнз-ыетьллургичс-ском производстве.

- fi/жниЯ Новгород, IS9X. - С.-65-67,

3. Научно-чрактическап соэетскс-чехосл01а|?")я конференция /В.К.Ханин, Б.Г.Чарншевич, Н.Г.Власов,- Й.С.Гнмов //Литейное производство. - 1990.> I. - С.32-34.

4. Чернышевич Е.Г. Классификация самот?ердещих монолитных футере вок //Совместная советско-китайсмл научно-техническая кбнфо-рекцкя. - Клев, 1991. - С.25-27. •.- ,

Ь. Черныиович Е.Г,, Гамов E.G. Металлофостатные противопригарные покрытия и огнеупоры« яяеи //Промшленносгь строительных материя лоз, Серия 10. Зяспресс-обзор, BiCWSCM. - M.j 1991, вып. 5.

- С.3-9.

6. Оптимизация технологии получения технических материалов для келезофоефг.тних холэднотвпрдешщих смесс? из'промдаленных О'шЛ-дов /К.СД'гшов, С1Г'.Пыльнев, А.П.Букреев, Е.Г.Черкдаеяич, Й.Н.Лит-виненко Л'Промькденкосгь строительных материалов, Серия 10. Эксп-ресс-обзср, БНИКЭСМ. - M.s 1991, вып. 5. - C.I3-22.

7. Гсмов E.G., Черныиович ЕЛ'. Метолло^ос^зТиыв холоднотвер-депцке смсси и технология получен.« стержневых литейных форм //Ve-годи'«?ские yitassHhjt к проведете лабораторных и курсовых научно-исследовательских' рг.бот'по курсу "OltjptR Технология литья". Ли- ■ пецк: ЛипЯК, 1992. - 3-1 с.

б. Загорский И.Г., Черчмвзнич Е.Г., Гечов Е.С. Изготовление форм и стеранеЯ с замкнуто-м;югоцихловш использованием нечеталли-

2*

ческих материалов //Промышленность строительных материалов, Серия 10, Эксп|>епс-обаор, ВНИИЭ01. - M.: J992, tun. I. - С.3-10.

0. Загорский Н.Г,, Черньюевич 2.Г., Гамов Е.С. Программа для расчёта, моделиро(>анип составов смесей и регулирования их свойств на ЭВМ //Промышленность строительных материалов, Серия Ю, Экспресс—обзор. ВШИХЫ. - M.: 1992, pun. I. - C.II-I9.

10. Ресурсосберегающая технология в лнтейно-металлургическом производстве на основе жидко1*о доменного 4v~- " Царёв,НД'.За-

горскиЦ, К.Г.Чьрндаевич, E.C.rtïMÇH //П; лость строительных

материалов, Серия 10, Экспресс-обзор, ВЯИИЭСМ. - Ы.: вып. I. - С.20-23.

11. Литейное производство и» основе жидкого доменного чугуна /К.С.Гьмов, А.И.Царёв, Ё.Г.Черншевич и др. //Современные технологические процессы и оборудование и и.. ...построении. - Чебоксары, 1992. - 0,60-81.

Iii. Чорнышевич Е.Г., Загорский Н.Г., Гамов U.C. Основы техно- , логик получения, оптимизации я применения монолитос холоднотвердеющих футеровок //Промышлчшюсть строительных материалов, Серия 10, Аналитический обзор, ВНИИЭСМ. - M.: 1992, вып. I. - 75 с.

13. Разработка и внедрение ресурсосберегающих келеэофосфатно-пеочаних смес.-Я и ковшевых футеровок /Е.Р.Чернышевкч, И.А,Нестеров, А.И.Ромадин, Ё.В.Гдадывев //Повышение эффективности металлургического производстве - Липецк, 12*3. - Ç.24-Î.Ù,

14. Лол. реы. № 4944Û70. Холоднотвердеицие с ь из: W. е /Черныые-вич Е.г. и др., 1991.

Ц>. Пол. pem.tf 4944ft>9. Холоднотвердеющая смесь для изготовления литейных фО{« и стержней и огнеупорных футеровок /Е.Г.Чрр-иывшпич и др., 1992. «=—"

йцшм * мш» i. il. m (• 44w ml t/и. t)m < n«tpii«uu.

о*ча ».» ». ». I. is« >u. »««p. s. m т. л*ни,»»*«>'.

ГлКюм Ii