ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННАЯ СМЕСЬ И ЛИТЕЙНАЯ ФОРМА
HEAT-INSULATION COMPOUND AND CASTING MOULD

Изобретение относится к литейному производству и металлургии, может быть использовано в качестве теплоизоляционной смеси для прибылей при изготовлении отливок и слитков (в том числе кузнечных).
Известны теплоизоляционные смеси, содержащие в своем составе пористые дисперсные материалы и добавки волокнистых материалов: а.с. СССР №332968.
Главным недостатком этой смеси на основе вспученного перлита и вермикулита, являются ее низкая термическая стойкость. Температура плавления вспученных перлитов и вермикулитов не превышает 1150-1200°С.
Повышение термической стойкости смеси требует введение специальных добавок, что приводит, с одной стороны, к увеличению исходной плотности и теплопроводности смеси, то есть к ухудшению ее изолирующих свойств, с другой стороны, к увеличению числа компонентов смеси, увеличению ее стоимости. В этом плане значительный интерес представляют топливные золы ТЭС (в первую очередь, так называемые золы-унос ТЭС) - продукт высокотемпературного обжига минеральной части топлива в процессе сжигания каменных углей.
Известные изобретения, авторы которых в своих решениях используют в качестве основы теплоизоляционной смеси золы-унос: а.с. СССР №667319
Ближайшим аналогом заявляемого изобретения по п.1 является теплоизоляционная смесь, содержащая в мас.%: золу-унос ТЭС 75-88, ортофосфорную кислоту - 12-15, раскрытая в документе SU 1364387 A1, B22D 7/10, 07.01.1988.
Ближайшим аналогом заявляемого изобретения по п.2 формулы изобретения литейной формы или изложницы с прибыльной частью является литейная форма, раскрытая в документе RU 2104117 C1, B22D 7/10, 10.02.1998.
Опыт применения этого изобретения при изготовлении теплоизоляционной смеси прибылей отливок и слитков из зол-унос различных месторождений каменных, углей выявил ряд ограничений для его использования.
Так например, при изготовлении смеси из золы Кузнецкого угольного бассейна (Московская ТЭЦ-22), получили смесь повышенной плотности и, как следствие этого, повышенной теплопроводности.
Введение в состав смеси опилок в предполагаемом изобретении снижает ее плотность и, как следствие, - теплопроводность, таким образом устраняет этот недостаток.
Экспериментальные исследования оптимального состава опилок в смеси показали, что при содержании опилок свыше 10 мас.% делает ее нетехнологичной: резко падает прочность и возрастает осыпаемость, нецелесообразно введение в смесь опилок менее 2 мас.%, поскольку их влияние становится незначительным.
При изготовлении смеси с использованием изобретения-прототипа (а.с. №1364387) из золы Подмосковного угольного бассейна (Ступинская ТЭЦ-17) получили смесь с низкой плавкостью (1140-1250°С), что предопределило низкую ее огнеупорность.
В предполагаемом изобретении в качестве каменноугольной золы-унос используют золу-унос ТЭС с плавкостью не менее 1300°С, что делает ее термостойкой и огнеупорной.
2
2
Установлено экспериментально, что если в золе-унос суммарное содержание NaO, КО, СаО превышает 6,7 мас.%, то теплоизоляционную смесь получают с низкими физико-механическими свойствами.
2
2
2
Например, были изготовлены три образца смеси из Подмосковного угольного бассейна (Рязанская ГРЭС), первый с суммарным содержанием NaO, КО, СаО - 6,7 мас.%, второй - с 10,0 мас.%, третий - с 13,7 мас.%. Результаты испытаний на прочность показали соответственно 39, 20 и 19 кгс/см.
2
2
В предполагаемом изобретении в качестве каменноугольной золы-унос используют золу-унос ТЭС с суммарным содержанием NaO, KO, СаО не более 5%, что обеспечивает высокие физико-механические свойства теплоизоляционной смеси и стабильность параметров технологического процесса ее изготовления.
Сущность изобретения заключается в следующем.
2
2
Смесь готовят на основе золы-унос (60-80% мас.%) с плавкостью не менее 1300°С и суммарным содержанием NaO, КО, СаО не более 5 мас.%, добавляют древесные опилки (2-10 мас.%) и перемешивают с ортофосфорной кислотой до получения однородной массы. Затем из этой смеси изготавливают изделия в виде оболочек или брикетов необходимых размеров. Первоначальная прочность изделий достигается в результате взаимодействия компонентов смеси, затем проводят тепловую сушку.
Экспериментально установлено и подтверждено в промышленных условиях, что оптимальная толщина теплоизоляционного слоя прибыли является достаточной при ее величине, составляющей 0,2-0,25 от диаметра обогреваемой прибыли.
Прибыльная часть может быть выполнена в виде оболочки или из предварительно изготовленных брикетов.
Ниже приведены примеры конкретного использования изобретения.
Смеси изготавливали на бегунах. Образцы уплотняли на копре и отверждали тепловой сушкой.
Составы смеси приведены в таблице 1.
Таблица 1
Ингредиенты
Содержание, мас.%
1
2
3
Древесные опилки
2
7,5
10
Каменноугольная зола-унос ТЭС
80
70
60
Ортофосфорная кислота плотность
18
22,5
30
2
2
В качестве каменноугольной золы-уноса использовали золу Рефтинской ГРЭС, работающей на каменном угле Экибастузского месторождения. Плавкость золы более 1500°С, а суммарное содержание NaO, КО, СаО в ней (0,7-4,0 мас.%).
Свойства образцов из смесей 1-3 согласно таблице 1 приведены в таблице 2.
Таблица 2
Смесь
Плотность отвержденных смесей, г/ см<sup>3</sup>
Плотность на сжатие, кгс/ см<sup>2</sup>
Коэффициент теплопроводности, Вт/м·град
1
0,82
30-35
0,375
2
1,1
40-55
0,392
3
1,2
60-70
0,425
3
2
Из таблицы видно, что плотность образцов из смеси по заявленному изобретению может меняться в пределах (0,82-1,2 г/см), прочность на сжатие находится на уровне (30-70 кгс/см), а коэффициент теплопроводности находится в пределах (0,375-0,425 Вт/м·град), что свидетельствует о высоких теплоизоляционных свойствах такой смеси при использовании ее для утепления прибылей отливок и слитков.
На фиг.1 представлена графическая зависимость (прямые 1, 2, 3) изменения коэффициента теплопроводности исследуемых смесей (табл.1) от температуры, подтверждающая, что в диапазоне температур до 1100°С теплопроводность образцов практически не изменяется и находится в пределах 0,360÷0,480 Вт/м·град, что характеризует их высокие теплоизоляционные свойства в широком диапазоне температур прогрева литейной формы.
Для теплоизоляционной смеси предусмотрено два технологических варианта ее применения: в виде готовых изделий различных конфигураций и размеров типа кирпичей, втулок, плит (фиг.2) и в виде облицовочной смеси, заформованной вокруг модели прибыли, подвергнутой последующей тепловой сушке.
Схема технологии изготовления облицовочного слоя прибылей из готовых теплоизоляционных изделий и сущность самого изобретения представлена на чертежах, где на фиг.2а - изображена прибыльная часть отливки с цилиндрической теплоизоляционной обечайкой;
на фиг.2б - то же с многогранными теплоизоляционными брикетами, расположенными в три слоя;
на фиг.2в - то же с овальными прямоугольными теплоизоляционными брикетами;
на фиг.3а изображен брикет для футеровки цилиндрической поверхности прибыли, а на фиг.3б - брикет в виде кирпича для облицовки прямых участков овальных прибылей;
на фиг.2а - 4 - прибыль, 5 - цилиндрическая теплоизоляционная обечайка, 6 - наполнительная формовочная смесь;
на фиг.2б - 7 - прибыль, 8 - многоярусные теплоизоляционные брикеты, 9-наполнительная формовочная смесь;
на фиг.2в - 10 - овальная прибыль, 11 - овальный теплоизоляционный брикет, на 12 - наполнительная формовочная смесь;
п
на фиг.3а и 3б обозначены параметры прибыли и теплоизоляционных брикетов, величины которых приведены в таблице 4 для различных диаметров прибылей - Д.
При определении размеров готовых теплоизоляционных изделий в виде брикетов и обечаек различной конфигурации для облицовки цилиндрических и овальных прибылей используются данные таблицы 3.
Таблица 3
Н<sub>п</sub>/Д<sub>п</sub>
R<sub>п</sub>/Д<sub>п</sub>
L<sub>п</sub>=Д<sub>п</sub>
L<sub>п</sub>=1,5Д<sub>п</sub>
L<sub>п</sub>=2,0Д<sub>п</sub>
L<sub>п</sub>=2,5Д<sub>п</sub>
L<sub>п</sub>=3,0Д<sub>п</sub>
1,0
0,200
0,237
0,258
0,271
0,281
1.1
0,204
0,242
0.264
0,278
0,288
1,2
0,207
0,247
0.269
0,284
0,299
1,3
0,210
0,251
0,274
0,289
0,300
1,4
0,212
0,254
0,278
0,294
0,305
1,5
0,214
0.257
0,282
0,298
0,310
Выбор теплоизоляционных брикетов производят в зависимости от расчетного диаметра прибыли согласно фигуре 3 и таблице 4.
Таблица 4
Тип брикета
Параметры прибыли и брикета, мм
Угол <img file="00000001.tif" he="6" wi="5" img-content="undefined" img-format="tif" />
Д<sub>п</sub>
h
С
А
В
Е
1
400
80
250
124
173
36
2
100
3
450
90
250
139
188
36
4
112
5
500
100
300
155
217
36
6
125
7
550
110
300
170
232
36
8
137
9
600
120
300
155
217
30
10
150
11
650
130
300
169
230
30
12
162
13
700
140
300
182
253
30
14
117
15
750
150
300
194
266
30
16
125
17
800
180
350
167
232
24
18
133
19
850
170
350
176
243
24
20
142
21
900
180
350
155
219
20
22
150
23
950
190
350
165
228
20
24
158
25
1000
200
350
155
219
18
26
167
Предлагаемое изобретение широко использовано в производственных условиях машиностроительных заводов, при изготовлении крупногабаритных тяжеловесных стальных отливок, таких как:
- корпус турбины (черт.11.1720А) с габаритными размерами 3380×2200×1455 мм, массой около 20000 кг из стали 15Х1М1ФЛ;
- цилиндр турбины (черт.11.2648) диаметром 2840 мм, высотой 1025 мм, толщиной стенки 150 мм, массой 17 500 кг из стали 10ГСЛ;
- цапфа загрузочная (черт.18.2417) с наружным диаметром 3540 мм, высотой 1895 мм, толщиной стенок до 300 мм, массой 44000 кг из стали 25Л.
Внедрение теплоизоляционных смесей на основе предлагаемого изобретения на прибылях диаметром 600-800 мм и более позволило увеличить выход годного до 70-75% и получить экономию жидкого металла до 250-300 кг на тонне годного, электроэнергии - 150 квт.ч. и снизить себестоимость тонны литья.