Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и постановка задач исследования 9
1.1. Система «форма-стержень» 9
1.1.1. Изготовление стержней в нагреваемой оснастке ("Hot-box") 9
1.1.2. Изготовление стержней по Cold-box-amin-процессу 11
1.1.3. Изготовление форм 15
1.2. Методики определения газовыделений 18
1.2.1. Технологические методы определения газотворности 18
1.2.2. Экспериментальные методы термического анализа 21
1.3. Система «металл». Чугуны. Структуры и механические свойства... 29
1.3.1. Краткие сведения по классификации чугунов 30
1.3.2. Серый чугун с пластинчатым графитом (СЧ) 32
1.3.3. Высокопрочный чугун с шаровидным графитом (ВЧ) 34
1.4. Постановка задач исследования 39
Глава 2. Исследование системы «форма-стержень» 40
2.1. Электрохимический датчик 40
2.2. Лабораторная установка и методика проведения эксперимента 54
2.3. Тарировка электрохимического датчика 57
2.4. Изготовление образцов 58
Глава 3. Результаты исследования системы «форма-стержень» 62
3.1. Результаты исследования процессов газовыделения системы «стержень» 62
3.1.1. Оксиды углерода (СОх) 64
3.1.2. Оксиды азота (NOx) 69
3.1.3. Фенол 73
3.1.4. Бензол 79
3.1.5. Суммарное удельное газовыделение фенола и формальдегида . 87
3.1.6. Особенности газовыделения из стержня 92
3.2. Результаты исследования процессов газовыделения системы «форма» 93
Глава 4. Обработка результатов эксперимента 100
4.1. Моделирование процессов газовыделения 100
4.1.1. Моделирование процессов газовыделения оксидов углерода (СОх), оксидов азота (NOx), фенола при термодеструкции стержней, полученных по «Hot-box» и «СоШ-Ьох-атіп»-процессу, а также из формовочной смеси в зависимости от степени ее уплотнения 101
4.1.2. Моделирование процесса газовыделения бензола при термодеструкции стержней, полученных по «Hot-box» и «Со1а-Ьох-атіп»-процессу 105
4.1.3. Моделирование процесса удельного суммарного газовыделения фенола и формальдегида при термодеструкции стержней, полученных по «Hot-box» и «Со1с1-Ьох-атт»-процессу, в зависимости от изменения температуры во времени 106
4.2. Расчет удельных газовыделений при заливке формы металлом, охлаждении и выбивке отливок 107
Глава 5 . Исследование системы «металл» 109
5.1. Углеродный эквивалент (СЕ) 109
5.2. Влияние углеродного эквивалента (СЕ) на склонность чугунов к образованию газовой пористости
5.3. Оценка влияния скорости охлаждения отливок из чугуна 113
5.4. Влияние системы «стержень» на систему «металл» 114
5.4.1. Азот 114
5.4.2. Водород 122
5.5. Влияние системы «форма» на систему «металл» 128
Глава 6. Практические рекомендации и внедрение 130
6.1. Приведенные удельные газовыделения в пересчете на бензол из стержней, полученных по «Hot-box» и «Cold-box-amin»-процессу 130
6.2. Методы снижения газовой пористости в отливках по вине системы «форма-стержень» 132
6.3. Методы снижения газовой пористости в отливках по вине системы «металл» 133
6.4. Экологичность «Hot-box» и «СоМ-Ьох-атіп»-процессов и меры по охране труда 134
6.4.1. Расчет вентиляционных систем 137
6.4.2 Средства нейтрализации вредных выбросов 137
6.5. Внедрение 138
Общие выводы 140
Список литературы 143
Приложения 153
- Изготовление стержней в нагреваемой оснастке ("Hot-box")
- Лабораторная установка и методика проведения эксперимента
- Суммарное удельное газовыделение фенола и формальдегида
- Моделирование процессов газовыделения оксидов углерода (СОх), оксидов азота (NOx), фенола при термодеструкции стержней, полученных по «Hot-box» и «СоШ-Ьох-атіп»-процессу, а также из формовочной смеси в зависимости от степени ее уплотнения
Введение к работе
Актуальность. В практике заготовительного производства литье является единственным способом получения деталей сложной конфигурации и дает возможность производить детали высокого класса точности, с рабочей поверхностью без больших припусков на механическую обработку. Одним из самых распространенных конструкционных литейных сплавов является чугун. Качество будущей отливки зависит от взаимодействия систем «форма», «стержень» и «металл», каждая из которых вносит свой вклад в образование газовой пористости. Доля отливок из чугуна в общем объеме производства составляет 74%, в том числе отливок из высокопрочного чугуна с шаровидной формой графита - около 12%, из легированных чугунов -около 2,7%о (система «металл»). Более 80%> отливок изготавливается в песчано-глинистых формах (система «форма») с использованием стержней на основе органических связующих (система «стержень»). Химизация стержневого передела в литейном производстве выдвигает особые требования по качеству отливок и экологии, особенно при переходе от традиционных процессов горячего отверждения стержней к так называемым «холодным» процессам, в частности к «Cold-box-amin-процессу». Это касается, прежде всего, возможности образования газовых дефектов в отливках, а также экологической безопасности. Поэтому исследование технологических и экологических последствий применения «Cold-box-amin-процесса» наряду с влиянием структуры чугуна на его склонность к образованию газовых дефектов приобретает особую актуальность.
Цель работы. Определение температурно-временного влияния на процессы газовыделения из формовочных материалов, а также определение объективных критериев склонности чугуна к образованию газовой пористости.
Методика исследования. Экспериментальные исследования процесса газовыделения из стержней и формовочной смеси проводили на разработанной установке с использованием ионометрического метода.
Научная новизна. Выполнен комплекс теоретических и экспериментальных исследований, позволивший выявить механизм кинетики газовыделений из стержней, получаемых по «Hot-box» и «Cold-box-amin-процессу», а также из единой формовочной смеси в зависимости от степени ее уплотнения, на стадиях заливки и охлаждения отливок. Показано, что на процесс газовыделения основное влияние оказывают 3 фактора: технология изготовления стержня, температура и скорость ее изменения в процессе нагрева и охлаждения стержней Т/ (где Т/ _ технологический параметр, характеризующий отношение фактической (текущей) температуры к длительности пребывания образца в зоне нагрева (реакционной зоне)).
Выявлена связь между интенсивностью газовыделения и скоростью изменения температуры смеси, показано наличие инкубационного периода развития реакции газовыделения, который в зависимости от температуры нагрева может изменяться от 1,90<^/<3,75.
Впервые установлено, что в интервале скоростей изменения температуры смеси 1,90<^/<3,75, С/с наблюдается максимальное удельное газовыделение (УГВ).
Определены УГВ оксидов углерода, оксидов азота, фенола, формальдегида, бензола для стержней горячего («Hot-box-процесс») и холодного («Cold-box-amin-процесс») отверждения. Выявлены особенности протекания процесса газовыделения из стержней, полученных по горячим и холодным ящикам. Получены количественные зависимости, характеризующие особенности протекания процесса газовыделения из стержней, полученных по горячим и холодным ящикам.
На базе электрохимических датчиков разработана и реализована методика оценки газовыделений из стержней с использованием органических связующих.
Сформулирован единый критериальный подход оценки условной токсичности по бензоловому эквиваленту.
Выявлено влияние углеродного эквивалента чугуна (Се) на его склонность к образованию газовых дефектов. Установлено, что при Се > 4,0 риск возникновения газовых дефектов в отливки из СЧ сводится к минимуму.
Практическая значимость. Предложена методика мониторинга газовыделения на основе использования электрохимических датчиков. Разработаны статистические модели, позволяющие получать исходные данные по УГВ оксидов углерода, оксидов азота, фенола, формальдегида, бензола, для расчета вентиляционных систем литейного цеха на этапах его проектирования и модернизации старых литейных цехов, а также внедрения новых технологий. Проведена оценка вероятности получения отливок без газовой пористости с использованием стержней, полученных но «Hot-box» и «Cold-box-amin-процессу». Предложены технологические меры, позволяющие снизить вероятность возникновения газовых дефектов в отливках.
Результаты работы внедрены на заводе ОАО «Сантехлит», что позволило сократить потери рабочего времени по причине острых респираторных заболеваний работников литейного цеха. Экономический эффект от проведенных мероприятий составил 2,3 млн. руб/год.
Публикации. Результаты исследований опубликованы в 25 статьях и 2 монографиях.
Апробация. Результаты исследований доложены на 3-й и 4-й Всероссийской научно-практической конференции «Литейное производство сегодня и завтра», Российской научно-технической конференции «Новые материалы, прогрессивные технологические процессы и управление качеством в заготовительном производстве», международной научно-технической конференции «Современные проблемы металлургического производства», V, VI и VII съездах литейщиков России.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, общих выводов и списка литературы из 113 наименований. Она изложена на 154 страницах машинописного текста, содержит 44 иллюстрации и 27 таблиц.
Изготовление стержней в нагреваемой оснастке ("Hot-box")
Процесс изготовления стержней в нагреваемой оснастке базируется на свойстве термореактивных смол и песчано-смоляных смесей на их основе быстро и необратимо отверждаться при контакте с нагретой до 150...250 С модельной оснасткой. В результате за короткое время (в среднем 15...20 с) можно получить готовый стержень непосредственно в стержневом ящике [33, 43, 68].
Основу смеси в данном случае составляют карбамидо- и фенолофурановые смолы + отвердитель (водный раствор азотнокислой меди) или фенолоформальдегидные смолы с отвердителем (раствором кислых солей). Продуктами твердения являются фурановый или фенольный полимеры. Область применения технологии: производство отливок из чугуна и цветных сплавов в массовом и крупносерийном производстве. Особенностями процесса является: - электро- или газоподогрев металлической оснастки до 220...240С; - пескострельный способ изготовления стержней. К преимуществам процесса обычно относят: - высокую производительность процесса при времени выдержки стержней в горячей оснастке 15...60 с; - высокую прочность стержней; - удовлетворительную живучесть смесей (не менее 4 ч); - легкая выбиваемость; - возможность регенерации отработанных смесей; - достаточно высокое качество отливок; - возможность использования связующих материалов отечественного производства. К недостаткам процесса относят: - тяжелую экологическую обстановку на стержневых и заливочных участках; - большие эксплуатационные расходы за энергоносители (газ или электроэнергию) а также за обновление металлической оснастки. Экологические требования к процессу Изготовление стержней в горячих ящиках связано с выделением тепла и токсичных газов. В этой связи основные требования сводятся к следующему [52, 54, 95]: участки производства стержней в горячих ящиках по возможности выделяют в самостоятельные отделения, изолированные от других отделений цеха, с обязательной системой приточно-вытялсной вентиляции с местными отсосами. При этом вентиляция должна обеспечивать выведение из рабочего помещения газов, пыли и большого количества тепла, сопровождающих процесс изготовления и отверждения стержней: тепло и газы, выделяемые при охлаждении стержней, не должны попадать в рабочую зону, содержание токсичных газов в рабочем помещении не должно превышать следующих допустимых норм, мг/л (не более): 0,05 свободного фенола; 0,002 альдегидов; 0,01 фурфурола; 0,3 суммарных углеводородов.
В 60-х гг. XX века в США была разработана технология «Cold-box-amin» [29, 30, 32, 64, 65, 85, 96], ее основная особенность - получение стержней быстрым холодным отверждением смеси при продувке ее газами-катализаторами. Рассмотрим это процесс подробнее.
Основу процесса составляют связующее — безводная бензилэфирная (фенолоформальдегидная) смола (компонент 1) и полиизоцианат (компонент 2). Оба компонента связующего применяют в комплексе с органическими растворителями и добавками служебного назначения. Суммарный расход связующего составляет 1,2...1,8 мае. ч. на 100 мае. ч. кварцевого песка при массовом соотношении компонентов 7 и 2 от 55:45 до 50:50.
Отверждение смеси осуществляют газофазной продувкой смесью амина и осушенного воздуха. Продуктом твердения являются полиуретаны. В России процесс освоен на ОАО «ГАЗ», ОАО «Пермские моторы», ОАО «ЗМЗ», ОАО «Подольский литейный завод» и др. Область применения технологии: - массовое и крупносерийное производство отливок из чугуна и цветных сплавов. Особенностями процесса является: - использование специального генератора для приготовления, дозирования и подачи газовой смеси; - полная герметизация комплекса оборудования «генератор -стержневой автомат - оснастка - нейтрализатор» ввиду токсичности аминов; - жесткие требования к минимальному влагосодержанию песка (не более 0,2 %) и сжатого воздуха (необходима установка для его сушки); - процесс требует очень высокой культуры производства. К преимуществам процесса относят: - равномерное объемное отверждение стержня (формы) в течение нескольких секунд после продувки; - высокая прочность стержней (сразу после продувки и через 24 ч); - возможность изготовления самых сложных стержней; - минимальный суммарный расход связующего (1,2...1,8 мае. ч. на 100 мае. ч. песка); - высокая производительность, возможность автоматизации процесса; - высокое качество отливок, легкая выбиваемость; - возможность регенерации отработанных смесей; - возможность использования связующих российского производства. К недостаткам процесса относят: - большие капитальные затраты на оборудование; - высокая стоимость связующих компонентов и амина; - жесткие требования к качеству песка; - невысокая живучесть смесей (до 2 ч), в связи с чем необходима четкая организация технологического процесса; - склонность стержней к разупрочнению при высокой влажности воздуха [25, 90]; - использование в газовой смеси аминов, таких как: Триэтил-амин (ТЭА) - (С2Н5 Диметилизопропил-амин (ДМИА) - (CH3)2CHN(CH3)2 Диметилэтил-амин (ДМЭА) - C2H5N(CH3)2 Триметил-амин (ТМА) - (CH N Каталитическая активность амина повышается с увеличением его концентрации в газовой смеси (амин + инертный носитель). Когда в качестве носителя используют осушенный воздух (так как влага в любой форме противопоказана данному процессу), концентрацию амина для обеспечения взрывобезопасности ограничивают до 1,5...2 %.
Использование в качестве носителей С02 или N2 существенно дороже, но позволяет повысить концентрацию амина до 10...12 % (для триэтил амина (ТЭА) и до 20 % (для триметил амина ДМЭА и диметилизопропиламина ТМА), благодаря чему резко повышается активность катализатора, обеспечивая сокращение времени продувки и всего цикла изготовления стержня.
Так, переход от реагента "осушенный воздух + ТЭА" к реагенту "СОг + ДМЭА" позволяет сократить время продувки с 15...30 до 1 с, а для стержней менее 1 кг - до 0,2 с. Особенностью практического применения процесса является четко выраженная тенденция перехода к аминам с более низкой температурой кипения: от ТЭА - к ДМИА, от ДМИА - к ДМЭА, а в последнее время от ДМЭА - к ТМА. Переход к ДМЭА и в особенности к ТМА позволяет заменить систему "аэрозоль амина + носитель" системой "пар амина + носитель", что превращает каталитический реагент в истинно газовую смесь. Применение низкокипящих аминов характеризуется рядом преимуществ: - давление при продувке снижается в среднем в 2 раза, сокращается время продувки и время дополнительной продувки воздухом для удаления амина из стержня в нейтрализатор; - исключается жидкофазная конденсация амина в коммуникациях подачи и в стержневой смеси, благодаря чему отпадает необходимость подогрева парогазовой смеси в генераторе и в коммуникациях; - облегчается диффузия газового катализатора во все элементы стержня; - снижается остаточное количество амина в готовом стержне и, соответственно выделение амина из открытого стержня в воздушную среду; - повышается каталитическая активность газовой смеси, благодаря чему скорость отверждения и прочность сразу после продувки возрастают; - снижается удельный расход амина на массу смеси, что дает экономические и санитарно-гигиенические преимущества; - уменьшаются расходы на утилизацию амина; возрастает срок службы нейтрализаторов. Однако, использование аминов имеет существенные недостатки.
Лабораторная установка и методика проведения эксперимента
Эксперимент представлял собой имитацию контакта стержня либо формы с расплавом и последующее их охлаждение.
Методика проведения исследований заключалась в следующем: исследуемый образец 10 (стержня или формовочной смеси) помещали в стеклянную пробирку 11 и ставили в печь сопротивления, предварительно нагретую до 900 С, после чего температура повышалась до 1400 С с интервалом 100 С. Затем включали насос 9, при помощи которого смесь выделяющихся газов входила в контакт с электрохимическим датчиком-преобразователем концентрации в электрический сигнал 1, который поступал на показывающие внешние приборы концентрации газов. Информация с приборов фиксировалась графопостроителями на ленте.
Для получения достоверных результатов на каждое исследуемое вредное вещество проведено по пять экспериментов. Полученные результаты усредняли и статистически обрабатывали.
Измеритель концентрации исследуемого газа представляет собой непрерывно действующий электронно-цифровой прибор, предназначенный для измерения объемной концентрации окиси углерода в составе отходящих газов теплотехнических установок. Рабочие условия применения прибора: - температура анализируемого газа 650.. .1700 С; - атмосферное давление в топочном отделении 666,5 Па... 166,4 кПа; - расход анализируемого газа через чувствительный элемент - (0,125 ± 2,5) см3/с; - напряжение питания газоанализатора (220±22) с частотой 50 Гц; - потребляемая мощность не более 30 Вт; - время подготовки прибора к работе после включения - около 10 мин. Основная относительная погрешность газоанализатора не более 4 % для диапазона 0,1... 1,0, до 0,1 - погрешность 3 %.
Чувствительный элемент газоанализатора выполнен в виде пробирки из циркониевой керамики. Рабочей частью элемента является его донышко, на которое с обеих сторон методом вжигания нанесены пористые молибденовые электроды, дополнительно покрытые слоем циркониевой керамики. Рабочим электродом является внутренний электрод, а электродом сравнения - наружный. Тоководы от электродов выполнены в виде молибденовых дорожек. Анализируемый газ подается внутрь чувствительного элемента и свободно входит в атмосферу. Электрическая схема газоанализатора функционально делится на измерительную схему, схему регулятора температуры, источник электропитания. Измерительная схема выполнена на микросхеме типа аналогового цифрового преобразователя (АЦП) вместе с индикатором, изготовленным на светодиодах типа АЛС 324. Входное сопротивление АЦП составляет около 100 МОм. Входной сигнал поступает на вход АЦП через делитель напряжения, с помощью которого производится установка указанных выше шкал.
Для точного поддержания температуры рабочей зоны чувствительного элемента применяют регулятор температуры. В качестве термочувствительного элемента используют термопару ТПР градуировки ПР-30/6, не требующую коррекции на изменение температуры свободных концов.
Разность напряжения задатчика и ЭДС термопары подается на усилитель регулятора температуры. Результирующее напряжение с усилителя подается на управляющий электрод тиристора, который и открывает его на угол, пропорциональный величине разбаланса на входе усилителя. Для стабилизации работы регулятора в схеме имеется внутренняя обратная связь, осуществляемая с помощью сопротивления R. Электропитание схем газоанализатора производится от общего трансформатора. Питание усилителя вместе с преобразователем аналогового сигнала, т.е. АЦП, производится от источника питания напряжением + 5 В. Аспирирование воздуха со скоростью 20 л/мин над источником выделения газа осуществляется при помощи электроаспиратора типа М-822 . Электроаспиратор - прибор, позволяющий проводить отбора проб воздуха с заданной скоростью 0.. .20 л/мин. Прежде чем приступить к непосредственному проведению исследования процесса газовыделения при термодеструкции стержней и форм необходимо провести тарировку электрохимического датчика на исследуемое вещество. Вещества, использованные при тарировке, подбирали таким образом, чтобы при термодеструкции из них выделялся интересующий авторов газ [39, 41, 80-82]. Ниже представлены описания процессов тарировки.
Тарировка на оксиды азота. Образец сравнения -концентрированная азотная кислота HNO3. Азотная кислота неустойчива, на свету и при нагревании частично разлагается: 4HN03 — -»4Ж 2 + 2Н20 + 02 . Одна капля кислоты и датчик, подвергавшийся тарировке, помещались в пробирку. Пробирка плотно закупоривалась и нагревалась до 100С. Объем выделившегося газа принимался за 100 %, что соответствует 25-10"5 л/г. Тарировка на фенол. Образец сравнения - фенолоформальдегидная смола, содержащая фенол. Навеска смолы массой 2,5 г помещали с датчиком в пробирку, которую плотно закупоривали и нагревали до 250С. Объем выделившегося газа принимали за 100 %, вся шкала соответствует 15-Ю"4 л/г. Тарировка на оксиды углерода. Образец сравнения - кальцит СаСОз. При нагревании кальцит разлагается на оксид кальция и оксид углерода: СаС03— СаО + С02. Объем выделившегося оксида углерода принимали за 100 %, что соответствует 1-Ю"6 л/г.
Суммарное удельное газовыделение фенола и формальдегида
Известно, что смолы, применяемые в литейном производстве в качестве связующих компонентов, содержат свободные фенол и формальдегид, азот, бензол, углерод [24-26].
Результаты исследования суммарного удельного газовыделения фенола и формальдегида из стержней, полученных по «Hot-box» и «Cold-box-ашіп»-процессу, представлены в табл. 16. Таблица 16. Результаты исследования суммарного удельного газовыделения фенола и формальдегида при термодеструкции исследуемых стержней
Анализ усредненных результатов исследования суммарного удельного газовыделения фенола и формальдегида при термодеструкции стержней, полученных по «Ноі-Ьох»-процессу и «Со1с1-Ьох-атіп»-процессу, показывает, что на всех этапах процесса термодеструкции образцов суммарное удельное газовыделение фенола и формальдегида из стержней, полученных по «СоИ-Ьох-атіп»-процессу, превышает суммарное удельное газовыделение фенола и формальдегида из стержней, полученных по «Hot-Ьох»-процессу: - при%=3,75С/с-на6,5%; - при У = 1,905 С/с - на 10,7 %; - при /= 0,833 С/с - на 24,2 %. 3.1.6. Особенности газовыделения из стержня
Выявлены особенности газовыделения из образцов, взятых с разных частей стержня, связанные с технологией получения стержня, в основе которой лежит фильтрация через пористые материалы [3, 23, 100].
Определение параметров фильтрации газов в стержневых смесях представляет важную практическую задачу на стадиях изготовления стержней, хотя недостаточно исследована в теоретическом плане.
Рабочие процессы изготовления стержней с использованием явления протекания (фильтрации) газа условно можно разделить на два этапа. В процессе изготовления это протекание (фильтрация) газа в стержневой смеси. При описании движения газа в пористой среде вместо уравнений движения газа в направлении 1-ой координаты используют экспериментально установленные законы: зависимости градиентов давления от скорости. Для описания течения газов в гранулированных средах использовано векторное уравнение 2 — — о — цех v+gradp = p Av, (іі) где V - вектор усредненной скорости; ju - коэффициент вязкости; Р вектор давления; AV - изменение вектора скорости; (3 - коэффициент пропорциональности. Величина а характеризует проницаемость среды и определяется либо экспериментально, либо по заданным параметрам зернистой среды формулой Козени: а = (1-П)/ л/п \ (12) где d - эффективный диаметр частицы; П - пористость; к коэффициент, зависящий от формы частиц. Коэффициент пропорциональности Д играющий роль коэф-фициента эффективной вязкости, по своей физической природе связан с явлением поперечного перемешивания газа, возникающим при продольном обтекании частиц среды, поэтому может значительно превышать коэффициент вязкости (J. самого газа. Для замыкания системы уравнений используют, как и для задачи газовой динамики, уравнение состояния газа: P = f(Pr e)\ е = Р(Р Т) (13) где р - давление газа; рт - плотность газа; е - удельная внутренняя энергия газа; Т- температура газа [3]. Отметим, что вопросы контроля зернового состава пока не нашли достаточно полного отражения в работах исследователей. Вместе с тем, как следует из рассмотренной модели фильтрации, зерновой состав смесей играет важную роль в процессах изготовления стержней. Эффективность процесса фильтрации увеличивается с уменьшением вязкости газа. Идея использования газовых смесей с пониженной вязкостью может быть интересной и в случае изготовления стержней.
Одним из исходных материалов, применяемых для приготовления исследуемой формовочной смеси, является молотый уголь, поэтому очевидно, что при термодеструкции смеси в воздух рабочей зоны будут выделяться оксиды углерода. Интерес представляют данные о том, как будет меняться количество выделивших оксидов углерода в зависимости от степени уплотнения формовочной смеси.
Анализ сравнения гистограмм усредненных результатов исследования удельного газовыделения оксидов углерода из формовочной смеси в зависимости от степени ее уплотнения при термодеструкции показывает, что при увеличении степени уплотнения формовочной смеси повышается и количество удельных газовыделений оксидов углерода.
Установлено, что увеличение плотности формовочной смеси с 0,75 до 1,1 г/см вызывает незначительное повышение удельного газовыделения оксидов углерода, а увеличение плотности до 1,5 г/см вызывает резкое повышение удельного газовыделения, но сам процесс газовыделения становится более быстротечным.
Данная глава посвящена разработке статистических моделей процессов газовыделения при термодеструкции связующих компонентов, позволяющих осуществлять выбор наиболее рациональных методов защиты от вредных выделений на участках заливки и охлаждения форм, а также предпринимать технологические меры по предотвращению образования газовых дефектов в отливках.
Моделирование процессов газовыделения оксидов углерода (СОх), оксидов азота (NOx), фенола при термодеструкции стержней, полученных по «Hot-box» и «СоШ-Ьох-атіп»-процессу, а также из формовочной смеси в зависимости от степени ее уплотнения
В результате обработки результатов эксперимента авторами найдены коэффициенты а, Ъ, с для удельных газовыделений СОх, NOx и фенола при термодеструкции связующего.
Математическую зависимость газовыделения оксидов углерода, оксидов азота или фенола, а также значения коэффициентов а, Ь, с определяли методом полиномиальной аппроксимации экспериментальных данных по методу наименьших квадратов [13, 17, 56].
Для более наглядного восприятия по найденным зависимостям (15), (16), (17) и коэффициентам построены расчетные кривые газовыделения исследуемых вредных веществ, выделяющихся при термодеструкции стержней, полученных по «Hot-box» и «Cold-box-amin»-nponeccy, а также из формовочной смеси в зависимости от степени ее уплотнения.
По экспериментальным данным была получена математическая зависимость (16) приведенного суммарного газовыделения фенола и формальдегида при термодеструкции стержней, полученных по «Hot-box» и «Cold-box-arnin»-npoueccy.
Математическую зависимость суммарного газовыделения фенола и формальдегида, а также значения коэффициентов А и к определяли методом экспоненциальной аппроксимации экспериментальных данных.
Целью расчета является получение удельных значений газовыделений отдельно для форм и стержней для каждого из основных токсичных компонентов образующейся смеси газов при заливке форм металлом, охлаждении и выбивке отливок.
Данный расчет проводился по аналогии с расчетом С.С. Жуковского [23-26]. Исходными данными для расчета должны быть состав формовочной и стержневой смесей, вид сплава и температура заливки, технологические чертежи с размерами форм и стержней для нескольких отливок-представителей. Отливки должны быть выбраны таким образом, чтобы в первом приближении охарактеризовывали всю номенклатуру заготовок для данного производства. При небольшой номенклатуре расчет может быть выполнен для всех отливок.
К исходным данным относятся также параметры термодеструкции, а именно: общее количество газов, выделившихся в процессе, и зависимость степени деструкции от температуры. Другим исходным параметром является поле максимальных температур в стержне или форме, которое соответствует максимальной степени деструкции и, соответственно, предельному удельному газовыделению.
В данной главе рассмотрены вопросы склонности чугунных отливок к образованию газовой пористости как результат взаимодействия систем «форма», «стержень» и «металл». Как было показано выше в результате взаимодействия формы и стержня с металлом выделяется максимальное количество газов. Приведены критерии оценки склонности металла к газовой пористости. Рассмотрены структуры различных типов чугунов. Выявлены общие подходы к оценке склонности отливок из чугунов к образованию газовой пористости.
Как было показано выше помимо влияния температурно-временных характеристик взаимодействия систем «форма», «стержень» и «металл» на склонность к образованию газовой пористости чугунных отливок влияет и структура металла по углеродному эквиваленту. Легирующие элементы оказывают комплексное воздействие на чугун: его структуру, свойства, протекание и характер кристаллизации и т.д. Так как в составе чугуна обычно находятся несколько легирующих элементов, их совместное влияние очень сложно и неоднозначно. Даже один элемент может оказывать различное воздействие на параметры чугуна в зависимости, например, от его содержания, способа ввода и т.д.
