Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ
"КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ"
СЕЛІВЬОРСТОВ ВАДИМ ЮРІЙОВИЧ
УДК 621.746.554:621.771.07-412:621.746.464
РОЗРОБКА, ДОСЛІДЖЕННЯ І МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСУ ГАЗОДИНАМІЧНОГО ВИТИСНЕННЯ РОЗПЛАВУ
ІЗ ЛИВНИКОВО – ЖИВЛЮЧОЇ СИСТЕМИ У ВИЛИВОК
05.16.04 – Ливарне виробництво
Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
КИЇВ – 2000
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана на кафедрі ливарного виробництва Національної металургійної академії України Міністерства освіти і науки України (м. Дніпропетровськ).
Науковий керівник - доктор технічних наук, професор
Хричиков Валерій Євгенович,
Національна металургійна академія України,
професор кафедри ливарного виробництва.
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, старший науковий співробітник
Бубликов Валентин Борисович,
Фізико-технологічний інститут металів
та сплавів НАН України,
завідувач відділом високоміцних
і спеціальних чавунів;
- кандидат технічних наук, доцент
Сиропоршнєв Леонід Миколайович,
Національний технічний університет України
“Київський політехнічний інститут”,
доцент кафедри “Ливарне виробництво чорних
та кольорових металів”.
Провідна установа: Запорізький державний технічний університет, кафедра
“Машини та технологія ливарного виробництва”
Захист відбудеться " 26 " червня 2000 р. о 15 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 26.002.12 при Національному технічному університеті України "КПІ" за адресою: 03056, м. Київ, пр. Перемоги 37, НТУУ "КПІ", ІФФ, корпус №9, ауд. 203, тел. 441-14-67.
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного технічного університету України "КПІ" за адресою: 03056, м. Київ, пр. Перемоги 37, НТУУ "КПІ".
Автореферат розісланий "25" травня 2000 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради
кандидат технічних наук, доцент Федоров Г.Є.
ÇÀÃÀËÜÍÀ ÕÀÐÀÊÒÅÐÈÑÒÈÊÀ ÐÎÁÎÒÈ
Àêòóàëüíіñòü òåìè. Ó çâ'ÿçêó з ãîñòðèì ñèðîâèííèì äåô³öèòîì ìàòåð³àë³â та åíåðãîíîñ³¿â, âèñîêîþ ¿õíüîþ âàðò³ñòþ, ïðîáëåìà çìåíøåííÿ íåïðîäóêòèâíèõ âèòðàò ìåòàëó, ó òîìó ÷èñë³ íà ëèâíèêîâî-æèâëþ÷ó ñèñòåìó (ËÆÑ) ïðè âèðîáíèöòâ³ âèëèâê³â ç ÷àâóíа òà ñòàë³ çàëó÷ຠâñå á³ëüøó óâàãó òåõíîëîã³â ³ äîñë³äíèê³â. Òîìó ³ñíóº ïîòðåáà â íîâèõ òåõíîëîã³÷íèõ ð³øåííÿõ, ùî çàáåçïå÷óþòü ï³äâèùåííÿ âèõîäó ïðèäàòíîãî ëèòâà ïðè ì³í³ìàëüíèõ âèòðàòàõ íà ¿õíº âáóäîâóâàííÿ â ÷èííèé òåõíîëîã³÷íèé ïðîöåñ.
Íàóêîâ³ îñíîâè âèâ÷åííÿ ëèâíèêîâûõ ñèñòåì áóëè çàêëàäåí³ ó 30-õ ðîêàõ ÕÕ ñòîð³÷÷ÿ. Ïîäàëüø³ äîñë³äæåííÿ äîçâîëèëè âñòàíîâèòè îñíîâí³ çàêîíîì³ðíîñò³, ùî áóëè âèêîðèñòàí³ ïðè êîíñòðóþâàíí³ òà ðîçðàõóíêó ËÆÑ äëÿ âñ³õ îñíîâíèõ ëèâàðíèõ ñïëàâ³â.
Îäíèì ç íàéá³ëüø ïîøèðåíèõ òèï³â ËÆÑ, øèðîêî âèêîðèñòîâóâàíèõ ó ëèâàðíîìó âèðîáíèöòâ³, º ñèôîííà ñèñòåìà ï³äâîäó ìåòàëó. Òàêèé ï³äâоä çàñòîñîâóþòü äëÿ îäåðæàííÿ ìàñèâíèõ âèëèâê³â ç âèñîêèìè ñëóæáîâèìè âëàñòèâîñòÿìè, äëÿ çàëèâàííÿ á³ëüøî¿ ÷àñòèíè ÷àâóííèõ ïðîêàòíèõ âàëê³â. Ïðè öüîìó íà Äí³ïðîïåòðîâñüêîìó òà Ëóòóãèíñüêîìó çàâîäàõ ïðîêàòíèõ âàëê³â ùîð³÷íî íà ËÆÑ âèòðà÷àºòüñÿ 1200ò âèñîêîÿê³ñíîãî ÷àâóíó íà ñóìó ~ 4000000 ãðèâåíü (ó ö³íàõ çà 1998ð.) ç âðàõóâàííÿì âàðòîñò³ âîðîòòÿ, à âèòðàòè ìåòàëó íà ËÆÑ çëèòê³â ³ç ñïîê³éíèõ ìàðîê ñòàë³ ò³ëüêè íà ÎÀÎ "Äí³ïðîïåòðîâñüêèé ìåòàëóðã³éíèé çàâîä ³ì. Ã.². Ïåòðîâñüêîãî" ñêëàäຠ2685ò íà ð³ê, ùî ó âàðò³ñíîìó âèðàæåíí³ - á³ëüø í³æ 770000 ãðèâåíü.
Ðîáîòó âèêîíàíî â³äïîâ³äíî äî Äåðæàâíî¿ äîñë³äíî¿ íàóêîâî-òåõí³÷íî¿ ïðîãðàìè 0401 Äåðæêîì³òåòó ç íàóêè ³ ³íòåëåêòóàëüíî¿ âëàñíîñò³ Óêðà¿íè "Ðåñóðñîçáåðåãàþ÷³ òà åêîëîã³÷íî ÷èñò³ ïðîöåñè ³ òåõíîëî㳿 â ìåòàëóð㳿 òà ëèâàðíîìó âèðîáíèöòâ³" (ïðîåêò 04.03.02/003Ê-95).
Ìåòà é çàâäàííÿ äîñë³äæåíü. Ìåòà ðîáîòè - îäåðæàííÿ íàóêîâî îáãðóíòîâàíèõ ðåçóëüòàò³â, ùî çàáåçïå÷óþòü ðîçðîáêó íîâî¿ òåõíîëî㳿 ãàçîäèíàì³÷íîãî âèòèñíåííÿ ð³äêîãî ìåòàëó ç ëèâíèêîâî-æèâëþ÷î¿ ñèñòåìè ó âèëèâêè ³ ð³øåííÿ àêòóàëüíî¿ çàäà÷³ ëèâàðíîãî âèðîáíèöòâà - çìåíøåííÿ íåïðîäóêòèâíèõ âèòðàò ìåòàëó.
Äëÿ äîñÿãíåííÿ ïîñòàâëåíî¿ ö³ë³ íåîáõ³äíî âèð³øèòè òàê³ çàäà÷³: âèçíà÷èòè òåõíîëîã³÷í³ ìîæëèâîñò³ çä³éñíåííÿ ïðîöåñó ãàçîäèíàì³÷íîãî âèòèñíåííÿ ðîçïëàâó ç ñèôîííî¿ ËÆÑ; âñòàíîâèòè îñíîâí³ çàñîáè ï³äâèùåííÿ òèñêó â ЛЖС òà âèçíà÷èòè ñêëàä ðå÷îâèí, ïðè íàãð³âàíí³ ÿêèõ âèä³ëÿºòüñÿ äîñòàòí³é îáñÿã ãàçó äëÿ åôåêòèâíîãî âïëèâó íà ðîçïëàâ; ðîçðîáèòè êîíñòðóêö³¿ óñòðî¿â, ùî çàáåçïå÷óþòü ãåðìåòèçàö³þ ËÆÑ â³ä íàâêîëèøíüîãî ñåðåäîâèùà, ââåäåííÿ ãàçó ³ íàñòóïíå âèòèñíåííÿ ðîçïëàâó ó âèëèâîê; âñòàíîâèòè òåðìî÷àñîâ³ ðåæèìè ðåàë³çàö³¿ íîâîãî ïðîöåñó, ùî âðàõîâóþòü ð³çíîìàí³òí³ ðîçì³ðè ñèôîííî¿ ËÆÑ, òåïëîô³çè÷í³ âëàñòèâîñò³ ìàòåð³àëó ôîðìè òà ñïëàâó, à òàêîæ òðèâàë³ñòü çàëèâàííÿ.
Íàóêîâà íîâèçíà ðåçóëüòàò³â, îòðèìàíèõ îñîáèñòî çäîáóâà÷åì. Âèêîíàí³ äîñë³äæåííÿ äîçâîëèëè îäåðæàòè íàóêîâî îáãðóíòîâàí³ ðåçóëüòàòè, ÿê³ çàáåçïå÷èëè ðîçðîáêó íîâî¿ òåõíîëî㳿 ðåãóëüîâàíîãî ãàçîäèíàì³÷íîãî âèòèñíåííÿ ð³äêîãî ìåòàëó ³ç ñèôîííî¿ ËÆÑ ó âèëèâêè. ³äì³ííîþ ðèñîþ çàïðîïîíîâàíèõ óñòðî¿â º ãåðìåòèçàö³ÿ ëèâíèêîâî¿ ñèñòåìè â³ä íàâêîëèøíüîãî ñåðåäîâèùà çà ðàõóíîê çàëèòîãî ñïëàâó, ùî ïðèìóñîâî òâåð䳺 äî óòâîðåííÿ ïðîøàðêó ìåòàëó çàäàíî¿ òîâùèíè.
Ðîçðîáëåíî ô³çè÷íó ³ ìàòåìàòè÷íó ìîäåë³ ïðîöåñó çàòâåðä³ííÿ ìåòàëó â ñèñòåì³ ñòîÿê - óñòð³é äëÿ ââåäåííÿ ãàçó, ùî îïèñóþòü ñòàí åëåìåíò³â çàçíà÷åíî¿ ñèñòåìè äî çàëèâàííÿ ðîçïëàâó â ëèâàðíó ôîðìó, ï³ä ÷àñ çàïîâíåííÿ ôîðìè ìåòàëîì òà ï³ñëÿ ââåäåííÿ ìåòàëåâîãî õîëîäèëüíèêà. Ñêëàäåíèé íà îñíîâ³ îòðèìàíèõ ðîçðàõóíêîâèõ ôîðìóë àëãîðèòì äîçâîëÿº ìîäåëþâàòè ïðîöåñ òåïëîîáì³íó ç ð³çíîìàí³òíèìè âàð³àíòàìè êîíô³ãóðàö³¿ òà ðîçì³ð³â õîëîäèëüíèêà, ä³àìåòðà ñòîÿêà, òðèâàëîñò³ çàëèâàííÿ, òåïëîô³çè÷íèõ âëàñòèâîñòåé ôîðìè ³ ðîçïëàâó.
Äîñë³äæåííÿ ïðîöåñó íàãð³âàííÿ òà íàñòóïíîãî îõîëîäæåííÿ ôîðìóâàëüíî¿ ñóì³ø³ ñòîÿêà ïðè çàëèâàíí³ ÷àâóííîãî ïðîêàòíîãî âàëêà äîçâîëèëè âñòàíîâèòè òåðìî÷àñîâ³ ðåæèìè ðåàë³çàö³¿ ïðîöåñó ãàçîäèíàì³÷íîãî âèòèñíåííÿ ðîçïëàâó ç ËÆÑ. Ïîáóäîâàí³ ³çîòåðìè òà ³çîõðîíè áóëè âèêîðèñòàí³ ïðè àäàïòàö³¿ ìàòåìàòè÷íî¿ ìîäåë³ ïðîöåñó çàòâåðä³ííÿ ðîçïëàâó â ëèâíèêîâ³é ñèñòåì³.
Âñòàíîâëåíî ê³íåòèêó ïðîãð³âó âîãíåòðèâêîãî ïðèïàñó òà òåìïåðàòóðíå ïîëå ïî éîãî òîâùèí³ ïðè çàëèâàíí³ âèëèâê³â ñïîê³éíî¿ ñòàë³ ìàñîþ 28,6ò, ïîáóäîâàí³ ³çîòåðìè òà ³çîõðîíè, ùî ìîæóòü áóòè çàñòîñîâàí³ òàêîæ äëÿ îö³íêè òåïëîâèõ óìîâ ðîáîòè ìàòåð³àëó ñòîÿêà òà äëÿ ðîçðîáêè íîâèõ âèä³â âîãíåòðèâ³â. Âèçíà÷åíî òåðìî÷àñîâ³ ðåæèìè çàòâåðä³ííÿ ìåòàëó â çàçîð³ ì³æ öåíòðîâîþ âîãíåòðèâêîþ òðóáêîþ ³ ñòàëåâîþ òðóáîþ-õîëîäèëüíèêîì ìåòîäîì ìîäåëþâàííÿ ïðîöåñó ãåðìåòèçàö³¿ ëèâíèêîâî¿ ñèñòåìè â ëàáîðàòîðíèõ òà ïðîìèñëîâèõ óìîâàõ.
Âñòàíîâëåíî, ùî ðîçðàõóíêîâà òðèâàë³ñòü ãåðìåòèçàö³¿ ñèñòåìè ñòîÿê-óñòð³é äëÿ ââåäåííÿ ãàçó â³äïîâ³äຠðåçóëüòàòàì åêñïåðèìåíòàëüíèõ äîñë³äæåíü, à ïðîöåñ çàòâåðä³ííÿ ðîçïëàâó ó âíóòð³øí³é ÷àñòèí³ òðóáè-õîëîäèëüíèêà íå ïîðóøèòü ïðîöåñ ââåäåííÿ ãàçó â ñòîÿê.
Ðîçðîáëåíî ð³çíîìàí³òí³ âàð³àíòè êîíñòðóêö³é óñòðî¿â, ùî çàáåçïå÷óþòü ãåðìåòèçàö³þ ËÆÑ â³ä íàâêîëèøíüîãî ñåðåäîâèùà, ïîäà÷ó ãàçó ³ íàñòóïíå âèòèñíåííÿ ðîçïëàâó ó âèëèâîê. Âñòàíîâëåíî òàêîæ ìîæëèâ³ñòü çàíóðåííÿ óñòðîþ â ð³äêó ñòàëü ó âèïàäêó âëó÷åííÿ øëàêó â ñòîÿê. Âèçíà÷åíî ñêëàä ðå÷îâèí, ïðè íàãð³âàíí³ ÿêèõ âèä³ëÿºòüñÿ äîñòàòí³é îáñÿã ãàçó äëÿ åôåêòèâíîãî âïëèâó íà ðîçïëàâ, âèêîíàíî ðîçðàõóíîê ¿õíüî¿ ê³ëüêîñò³. Âñòàíîâëåíî, ùî çàñòîñóâàííÿ ñóì³ø³ êàðáîíàòó êàëüö³þ ç âóãëåöåì ìåíüø òåõíîëîã³÷íî ó ïîð³âíÿíí³ ç ïàðàô³íîì (òâåðäèì ãðàíè÷íèì âóãëåâîäíåì), îñíîâíèìè ïåðåâàãàìè ÿêîãî º íèçüêà òåìïåðàòóðà êèï³ííÿ òà ãàðàíòîâàíå ðîçêëàäàííÿ éîãî ðîçðàõóíêîâî¿ ê³ëüêîñò³.
Âñòàíîâëåíî, ùî êîíñòðóêö³ÿ óñòðîþ ç ðåãóëüîâàíîþ ïîäà÷åþ ãàçó êð³ì íàä³éíîñò³ ôîðìóâàííÿ çàòâåðä³ëîãî ïðîøàðêó â ñèôîíí³é ËÆÑ çàáåçïå÷óº óñóíåííÿ éîãî ìîæëèâèõ ðîçðèâ³â ïî ðîçí³ìàííþ öåíòðîâèõ âîãíåòðèâêèõ òðóáîê çà ðàõóíîê ïîâåðíåííÿ ð³äêîãî ìåòàëó â ñòîÿê. Íàñòóïíå âèòèñíåííÿ ðîçïëàâó çàáåçïå÷èòü æèâëåííÿ óñàäêè îñüîâî¿ çîíè âèëèâêà, à òàêîæ ìîæëèâ³ñòü ïðîâîäèòè ãàçî³ìïóëüñíó îáðîáêó ðîçïëàâó â ëèâàðí³é ôîðì³, ïðîäóâàííÿ ìåòàëó, ùî êðèñòàëèçóºòüñÿ, ³íåðòíèì ãàçîì àáî ãàçîì ç ìîäèô³êóþ÷èìè ïîðîøêàìè. Ñïîëó÷åííÿ ìîæëèâîñòåé åêîíî쳿 ìåòàëó íà ëèâíèêîâî¿ ñèñòåì³ òà ãàçîäèíàì³÷íîãî âïëèâó íà ðîçïëàâ ìîæå áóòè âèêîðèñòàíå äëÿ îäåðæàííÿ äâîøàðîâèõ âèñîêîÿê³ñíèõ âèðîá³â ó ñòàö³îíàðíèõ ëèâàðíèõ ôîðìàõ.
 ðåçóëüòàò³ âèâ÷åííÿ ìåõàí³çìó òåðì³÷íîãî ðîçêëàäàííÿ êàðáîíàò³â êàëüö³þ ð³çíîìàí³òíèõ ðîäîâèù âñòàíîâëåíî, ùî íåñòàá³ëüí³ñòü ðîáîòè íàäëèâ³â ï³ä ãàçîâèì òèñêîì îáóìîâëåíà, íàñàìïåðåä, âèêîðèñòàííÿì êàðáîíàòî-âóãëèöåâî¿ ñóì³ø³. Ïàðàô³í, íà â³äì³íó â³ä CaCO3, ðîçêëàäàºòüñÿ íåîáîðîòíî, ùî ðîáèòü ðîáîòó ñòðèæíÿ ãàçîâîãî òèñêó á³ëüø ñòàá³ëüíîþ. Âèâåäåíî ðîçðàõóíêîâ³ ôîðìóëè òà ïîáóäîâàíî ãðàô³êè, ùî äîçâîëÿþòü âèçíà÷èòè íåîáõ³äíó ê³ëüê³ñòü ïàðàô³íîâîãî çàðÿäó äëÿ íàäëèâ³â ñòàëåâèõ ³ ÷àâóííèõ âèëèâê³â ð³çíîìàí³òíî¿ ìàñè ïðè íåîáõ³äíîìó ãàçîâîìó òèñêó. Âèêîðèñòàííÿ ïàðàô³íó äîçâîëÿº çíèçèòè âèòðàòó çàðÿäó â 5-12 ðàç³â.
Ïðàêòè÷íå çíà÷åííÿ îòðèìàíèõ ðåçóëüòàò³â. Ðåçóëüòàòè âèêîíàíèõ äîñë³äæåíü ÿâèëèñÿ îñíîâîþ äëÿ ðîçðîáêè åôåêòèâíî¿ òåõíîëî㳿 ãàçîäèíàì³÷íîãî âèòèñíåííÿ ðîçïëàâó ç ËÆÑ ó âèëèâîê, ùî çàáåçïå÷óº çìåíøåííÿ íåïðîäóêòèâíèõ âèòðàò ìåòàëó.  óìîâàõ âàëüöåëèâàðíîãî öåõó ÎÀÎ "Äí³ïðîïåòðîâñüêèé çàâîä ïðîêàòíèõ âàëê³â" çàñòîñóâàííÿ òåõíîëî㳿 äîçâîëèòü ó ñåðåäíüîìó çàîùàäæóâàòè 175êã ÷àâóíу íà êîæíîìó âàëêó, à ó êîíâåðòîðíîìó öåõó ÎÀÎ "Äí³ïðîïåòðîâñüêèé ìåòàëóðã³éíèé çàâîä ³ì. Ã.². Ïåòðîâñüêîãî" ñêîðî÷åííÿ âèòðàò ìåòàëó íà ËÆÑ ñêëàäå 4,2 êã íà êîæí³é òîíí³ â³äëèòèõ çëèòê³â.
Âèêîðèñòàííÿ ïàðàô³íó â ÿêîñò³ ãàçîîáðàçóþ÷î¿ ðå÷îâèíè äëÿ íàäëèâ³â ï³ä ãàçîâèì òèñêîì âèливків ³ç ÷àâóíó òà ñòàë³ äîçâîëèòü çá³ëüøèòè âèõ³ä ïðèäàòíîãî â ñåðåäíüîìó íà 16%. Íåîáõ³äíà ê³ëüê³ñòü ïàðàô³íó ïðè öüîìó â ~13 ðàç³â ìåíøà, í³æ ñóì³ø³ êàðáîíàòó êàëüö³þ ç âóãëåöåì, ùî çíèçèòü ìàòåð³àëîºìí³ñòü ñòðèæíÿ ãàçîâîãî òèñêó ç ò³ºþ æ âàðò³ñòþ çàðÿäó. Çàñòîñóâàííÿ ïàðàô³íó çàáåçïå÷èòü òàêîæ ñòàá³ëüí³ñòü ðîáîòè íàäëèâ³â ï³ä ãàçîâèì òèñêîì.
Îñîáèñòèé âíåñîê çäîáóâà÷à. Àâòîð ïðèéìàâ îñîáèñòó ó÷àñòü ó ï³äãîòîâö³ ìåòîäèê, âèêîíàíí³ ðîçðàõóíê³â òà åêñïåðèìåíò³â, ¿õíüîìó ïðîâåäåíí³, àíàë³ç³ òà îïðàöþâàíí³ åêñïåðèìåíòàëüíèõ äàíèõ. Óçàãàëüíåííÿ îòðèìàíèõ ðåçóëüòàò³â, íàïèñàííÿ ñòàòåé ó ñï³âàâòîðñòâ³ âèêîíóâàëîñÿ ïðè îñîáèñò³é ó÷àñò³ àâòîðà. Îñíîâí³ íàóêîâ³ ³ òåîðåòè÷í³ ïîëîæåííÿ, ïîäàí³ â äèñåðòàö³éí³é ðîáîò³, ðîçðîáëåí³ àâòîðîì îñîáèñòî. ²ñïèòè ðîçðîáëåíî¿ àâòîðîì òåõíîëî㳿 çä³éñíþâàëèñÿ ïðè ó÷àñò³ ñï³âðîá³òíèê³â â³äïîâ³äíèõ ï³äïðèºìñòâ.
Àïðîáàö³ÿ ðåçóëüòàò³â äèñåðòàö³¿. Îñíîâí³ ïîëîæåííÿ äèñåðòàö³¿ ïîâ³äîìëåí³ íà 1 êîíãðåñ³ òà 4 ì³æíàðîäíèõ íàóêîâî-òåõí³÷íèõ êîíôåðåíö³ÿõ.
Ïóáë³êàö³¿. Ìàòåð³àëè äèñåðòàö³¿ îïóáë³êîâàí³ â 6 íàóêîâèõ ïðàöÿõ.
Ñòðóêòóðà òà îáñÿã äèñåðòàö³¿. Äèñåðòàö³éíà ðîáîòà ñêëàäàºòüñÿ ç ââåäåííÿ, ñåìè ãëàâ, âèñíîâê³â ³ 3 äîäàòê³â, âèêëàäåíà íà 111 ñòîð³íêàõ ìàøèíîïèñíîãî òåêñòó, ì³ñòèòü 29 ìàëþíê³â, 2 òàáëèö³ òà ñïèñîê ë³òåðàòóðè ç 85 íàéìåíóâàíü.
Ç̲ÑÒ ÐÎÁÎÒÈ
Ó âñòóï³ äî äèñåðòàö³¿ îáãðóíòîâàíà àêòóàëüí³ñòü ðîáîòè, ñôîðìóëüîâàíî ö³ëü ³ çàäà÷³ äîñë³äæåíü, â³äçíà÷åíà íàóêîâà íîâèçíà îòðèìàíèõ ðåçóëüòàò³â, ¿õíº ïðàêòè÷íå çíà÷åííÿ, ïîëîæåííÿ òà ðåçóëüòàòè, ÿê³ âèíåñåí³ íà çàõèñò.
Ïåðøèé ðîçä³ë îãëÿäîâèé, â³í ïðèñâÿ÷åíèé îñâ³òëåííþ ñòàíó ïðîáëåìè òà âèáîðó íàïðÿìêó äîñë³äæåíü. Ïîêàçàíî, ùî ³ñíóº ïîòðåáà â íîâèõ òåõíîëîã³÷íèõ ð³øåííÿõ, ùî çàáåçïå÷óþòü ÿê çìåíøåííÿ íåïðîäóêòèâíèõ âèòðàò ìåòàëó, ó òîìó ÷èñë³ íà ËÆÑ, òàê ³ óìîâè îäåðæàííÿ îäíîð³äíîãî ëèòîãî ìåòàëó, îäíàêîâîãî õ³ì³÷íîãî ñêëàäó ïî âèñîò³ ³ ïåðåòèíó âèëèâê³â ó ìàêðî- òà ì³êðîîáüºìàõ çà äîïîìîãîþ çîâí³øí³õ âïëèâ³â íà ðîçïëàâ. Îïèñàí³ îñíîâí³ ìåòîäè öèõ âïëèâ³â, ¿õ ïåðåâàãè òà íåäîë³êè. Âñòàíîâëåíî, ùî íàéá³ëüø ïðîñòèì ³ òåõíîëîã³÷íèì º âèêîðèñòàííÿ ïðîöåñ³â ãàçîäèíàì³÷íîãî âïëèâó íà ðîçïëàâ ó ëèâàðí³é ôîðì³.
Àíàë³ç åêñïåðèìåíòàëüíèõ òà òåîðåòè÷íèõ ðîá³ò ïîêàçàâ, ùî íåçâàæàþ÷è íà äîñòàòíüî ÷èñëåíí³ äîñë³äæåííÿ, ïðîâåäåí³ â öüîìó íàïðÿìêó, çàìàëî ³íôîðìàö³¿ ïðî òåõíîëîã³÷í³ ïðèñòðî¿ äëÿ ãàçîäèíàì³÷íîãî âïëèâó íà ðîçïëàâ ó ëèâàðí³é ôîðì³, ¿õí³ êîíñòðóêòèâí³ îñîáëèâîñò³ òà ìîæëèâîñò³ çàñòîñóâàííÿ. Îïèñàíî îäíå ç ïåðøèõ óñòðî¿â, ÿêå ç'ÿâèëîñÿ â ßïîí³¿, ùî çàáåçïå÷óº âèòèñíåííÿ ð³äêîãî ìåòàëó ³ç ñòîÿêà ó âèëèâêè òà ïîâòîðíå âèêîðèñòàííÿ ñòîÿêà (рис. 1). Ó â³äîìîìó çàñîá³ ðîçïëàâ ³ç ñòîïîðíîãî êîâøà ÷åðåç ðîçëèâíèé ñòàêàí ³ ñòîÿê çàëèâàþòü â ëèâàðíó ôîðìó. Ïîò³ì ó ïðîñò³ð ì³æ öåíòðîâîþ òà êîâøåì çà äîïîìîãîþ ã³äðàâë³÷íîãî ïðèâîäó ââîäÿòü óù³ëüíþþ÷èé óñòð³é, ùî ãåðìåòèçóº ïîðîæíèíó ñòîÿêà.
Ó öþ ïîðîæíèíó ç áàëîíà ïîäàþòü ï³ä òèñêîì ãàç, ùî âèòèñêóº ð³äêèé ìåòàë ³ç ñòîÿêà â ôîðìó. ϳñëÿ âèéìàííÿ âèëèâêà ñòîÿê çíîâó ìîæå áóòè âèêîðèñòàíèé äëÿ ÷åðãîâîãî çàëèâàííÿ.
Íåäîë³êîì äàíîãî çàñîáó º íàÿâí³ñòü ëåãêîóðàçëèâî¿ ñèñòåìè ç'ºäíàííÿ ñòîÿêà ³ êîâøà ÷åðåç óù³ëüíþþ÷èé óñòð³é, ùî ìຠãóìîâ³ ïðîêëàäêè. Êð³ì òîãî, êîíñòðóêö³ÿ äîñòàòíüî ñêëàäíà òà ãðîì³çäêà, ùî óòðóäíÿº ¿¿ âèêîðèñòàííÿ â ÷èííîìó òåõíîëîã³÷íîìó ïðîöåñ³. Ïðîòå ïðèíöèï âèòèñíåííÿ ðîçïëàâó ³ç ñòîÿêà çàñëóãîâóº íà óâàãó. ×åðåç ïîðîæíèíó, ùî óòâîðèëàñÿ, ó ËÆÑ ìîæëèâå ââåäåííÿ ãàçîïîä³áíèõ ðå÷îâèí òà ³íøèõ àêòèâíèõ åëåìåíò³â, ùî âïëèâàþòü íà ìåòàë âèëèâêà, ùî êðèñòàëèçóºòüñÿ.
Çðîáëåíî âèñíîâîê ïðî ïåðñïåêòèâí³ñòü ðîá³ò ç åêîíî쳿 ìåòàëó íà ñèôîííó ËÆÑ, â îáëàñò³ çîâí³øí³õ âïëèâ³â íà ðîçïëàâ ç ìåòîþ ï³äâèùåííÿ éîãî ÿêîñò³ òà íåîáõ³äíîñò³ ïðîâåäåííÿ ïîäàëüøèõ äîñë³äæåíü, ñïðÿìîâàíèõ íà ðîçðîáêó íîâèõ åôåêòèâíèõ òåõíîëîã³é ãàçîäèíàì³÷íîãî âïëèâó íà ðîçïëàâ.
Ó äðóãîìó ðîçä³ë³ îáãðóíòîâàíî âèá³ð ìåòîäèê òà ìåòîä³â äîñë³äæåííÿ. Ïðîöåñè çàòâåðä³ííÿ ìåòàëó â ñòîÿêó, íàãð³âàííÿ òà îõîëîäæåííÿ âîãíåòðèâêî¿ ïðîâîäêè ³ ôîðìóâàëüíî¿ ñóì³ø³ äîñë³äæóâàëèñÿ çà äîïîìîãîþ òåðìîåëåêòðè÷íîãî ìåòîäà. Çâàðþâàííÿ ãàðÿ÷èõ ñïà¿â çä³éñíþâàëè ïî â³äîìèõ ìåòîäèêàõ.
Ïðè äîñë³äæåíí³ çàòâåðä³ííÿ ñòàë³ ó ñåðåäèí³ âîãíåòðèâêî¿ òðóáêè çàñòîñîâóâàëè âîëüôðàì-ðåí³ºâ³ (ÂÐ) òåðìîïàðè, à â ð³çíîìàí³òíèõ òî÷êàõ ïî ä³àìåòðó âîãíåòðèâêî¿ òðóáêè - õðîìåëü-àëþìåëåâ³ (ÕÀ). Ðîç³ãð³â ³ îõîëîäæåííÿ ÷àâóíà òà ôîðìóâàëüíî¿ ñóì³ø³ ñòîÿêà äîñë³äæóâàëè çà äîïîìîãîþ ÕÀ òåðìîïàð â ³íòåðâàë³ òåìïåðàòóð 0-13700Ñ. Ãàðÿ÷³ ñïà¿ òåðìîïàð ó ðîçïëàâ³ çàõèùàëè çà äîïîìîãîþ òåðìîçàõèñíîãî áëîêà, ùî ñêëàäàºòüñÿ ç êâàðöîâî¿ òðóáêè ç ïîäîâæåíèì íàêîíå÷íèêîì òà çàâàëüöîâàíî¿ ñòàëåâî¿ òîíêîñò³ííî¿ òðóáêè ç íåðæàâ³þ÷î¿ ñòàë³. Ðîçðîáëåíà êîíñòðóêö³ÿ âèêëþ÷àëà óøêîäæåííÿ òåðìîïàðè ïðè óñàäö³ âèëèâêà.
Õîëîäí³ ñïà¿ òåðìîåëåêòðîä³â êð³ïèëè äî âõ³äíèõ êëåì áàãàòîêðàïêîâîãî ïîòåíöèîìåòðà òèïó ÊÑÏ-4. Êîíòðîëü òåìïåðàòóðè ó ïå÷àõ òà êîâø³ çä³éñíþâàëè òåðìîïàðàìè çàíóðåííÿ òèïó ÂÐ òà ÏÏ. Òàðóâàííÿ ïðèëàä³â ðîáèëè ïîòåíöèîìåòðîì ÏÏ-63 ç êëàñîì òî÷íîñò³ 0,05 òà çã³äíî ðåçóëüòàò³â âèãîòîâëÿëè ãðàäóþâàëüíó ë³í³éêó. Îö³íåíî ïîìèëêó âèì³ðó äëÿ ÕÀ òà ÂÐ òåðìîïàð.
Ðåçóëüòàòè çàïèñó òåðìî-ý. ä.ñ. ðîáèëè äëÿ êîæíî¿ òåðìîïàðè îêðåìî ç ³íòåðâàëîì ÷àñó â³ä 8 äî 24 ñåêóíä. Íàñòóïíå îïðàöþâàííÿ åêñïåðèìåíòàëüíèõ êðèâèõ îõîëîäæåííÿ çä³éñíþâàëè ïîáóäîâîþ ê³íåòè÷íî¿ ä³àãðàìè çàòâåðä³ííÿ òà ³çîòåðì. Ïîáóäîâó òåìïåðàòóðíîãî ïîëÿ ðîáèëè ïî ãðàô³÷í³é ìåòîäèö³, óòî÷íåííÿ - ìåòîäîì ïîñë³äîâíîãî íàáëèæåííÿ âæå â³ä ³çîõðîíè òåìïåðàòóðíîãî ïîëÿ äî ³çîòåðì ê³íåòè÷íî¿ ä³àãðàìè çàòâåðä³ííÿ.
Äîñë³äæåííÿ â óìîâàõ ÎÀÎ "Äí³ïðîïåòðîâñüêèé çàâîä ïðîêàòíèõ âàëê³â" òà ÎÀÎ "Äí³ïðîïåòðîâñüêèé ìåòàëóðã³éíèé çàâîä ³ì. Ã.². Ïåòðîâñüêîãî" ïðîâîäèëè ç âèêîðèñòàííÿì ëèâàðíî¿ îñíàñòêè âàëüöåëèâàðíîãî (ÂËÖ) ³ êèñíåâî-êîíâåðòîðíîãî (ÊÊÖ) öåõ³â. Âèì³ðè òåìïåðàòóð ó ÊÊÖ ðîáèëè íà ñïîê³éíèõ ìàðêàõ ñòàë³.
Ðîáîòó óñòðî¿â äëÿ ãàçîäèíàì³÷íîãî âïëèâó íà ðîçïëàâ îö³íþâàëè ìåòîäîì âèëèâàííÿ ÷åðåç
ð³çíîìàí³òí³ ïðîì³æêè ÷àñó â ëàáîðàòî𳿠êàôåäðè ëèâàðíîãî âèðîáíèöòâà ÍÌåòÀÓ â ³íäóêö³éí³é ïå÷³ òèïó ÌÃÏ-52. ×àñ â³ä ïî÷àòêó çàëèâàííÿ äî çàíóðåííÿ âèïðîáóâàíî¿ êîíñòðóêö³¿ óñòðîþ ó âèëèâîê, à òàêîæ äî âèïóñêó ð³äêîãî çàëèøêó, ô³êñóâàëè ñåêóíäîì³ðîì. Êîíòðîëü õ³ì³÷íîãî ñêëàäó ñòàë³ çä³éñíþâàëè ñòàíäàðòíèìè õ³ì³÷íèìè òà ñïåêòðàëüíèìè ìåòîäàìè.
Äîñë³äæåííÿ ì³êðîñòðóêòóðè ïðîâîäèëè íà îïòè÷íîìó ìåòàëîì³êðîñêîï³ ÌÈÌ-8Ì ïðè çá³ëüøåííÿõ 12 - 500. Øë³ôè äîñë³äæóâàëè äî òà ï³ñëÿ òðàâëåííÿ.
Òðåò³é ðîçä³ë ïðèñâÿ÷åíèé åêñïåðèìåíòàëüíèì äîñë³äæåííÿì ðîáîòè óñòðî¿â, çàáåçïå÷óþ÷èõ âèòèñíåííÿ ðîçïëàâó ³ç ñòîÿêà. Ïîäàíî ðîçðîáëåí³ ñõåìè âàð³àíò³â ðîáîòè ð³çíîìàí³òíèõ êîíñòðóêö³é óñòðî¿â äëÿ âèòèñíåííÿ ðîçïëàâó ç ËÆÑ, ùî çàñíîâàí³ íà åôåêò³ ñàìîãåðìåòèçàö³¿ ìåòàëó ó ñèñòåì³. Ðîçðîáëåíî êîíñòðóêö³¿ ç ðåãóëüîâàíîþ ïîäà÷åþ ãàçó (ðèñ. 2) òà ââåäåííÿì ô³êñîâàíî¿ ê³ëüêîñò³ ðå÷îâèíè, ïðè íàãð³âàíí³ ÿêî¿ âèä³ëÿºòüñÿ ãàç.
Íà â³äì³íó â³ä ðîçðîáëåíî¿ â ßïîí³¿ êîíñòðóêö³¿, çàïðîïîíîâàí³ óñòðî¿ ââîäÿòü áåçïîñåðåäíüî äî ëèâíèêîâî¿ ñèñòåìè ï³ñëÿ çàê³í÷åííÿ çàëèâàííÿ. ×àñòèíè óñòðî¿â, ùî çàíóðþþòüñÿ â ðîçïëàâ, ãåðìåòèçóþòü ëèâíèêîâó ñèñòåìó, çàáåçïå÷óþ÷è çà äîïîìîãîþ õîëîäèëüíèêà ñïåö³àëüíî¿ êîíñòðóêö³¿ ïðèñêîðåíå çàòâåðä³ííÿ äçåðêàëà ìåòàëó â ñòîÿêó òà ó çàçîð³ ì³æ õîëîäèëüíèêîì ³ âîãíåòðèâîì.
Îäíî÷àñíî ôîðìóºòüñÿ ïðîøàðîê ìåòàëó íà âíóòð³øí³é ïîâåðõí³ âîãíåòðèâêî¿ ïðîâîäêè àáî ôîðìóâàëüíî¿ ñóì³ø³ ËÆÑ, ÿêèé ãåðìåòèçóº ñèñòåìó ñòîÿê-óñòð³é äëÿ ââåäåííÿ ãàçó â³ä íàâêîëèø-
íüîãî ñåðåäîâèùà. ×åðåç âèçíà÷åíèé ïðîì³æîê ÷àñó ñèñòåìà ñòîÿê-óñòð³é äëÿ ââåäåííÿ ãàçó îïèíÿºòüñÿ ö³ëêîì ãåðìåòè÷íîþ. ϳñëÿ öüîãî äëÿ âèòèñíåííÿ ðîçïëàâó ç ëèâíèêîâî¿ ñèñòåìè ÷åðåç ÷àñòèíó óñòðîþ, ùî çàíóðþºòüñÿ, ïîäàºòüñÿ ãàç.
Ó çàïðîïîíîâàíîìó ïðîöåñ³ íåîáõ³äíà ïîñë³äîâí³ñòü òà îáìåæåí³ñòü ó ÷àñ³ îïåðàö³é: â³ä ãåðìåòèçàö³¿ óñòðîþ òà ëèâíèêîâî¿ ñèñòåìè â³ä íàâêîëèøíüîãî ñåðåäîâèùà çà äîïîìîãîþ õîëîäèëü-
íèêà, äî ìîìåíòó ââåäåííÿ ãàçó ³ íàñòóïíîãî ïîâíîãî çàòâåðä³ííÿ æèâèëüíèê³â (ðîçâåäåíü).
Ïðîâåäåíî ìîäåëþâàííÿ ïðîöåñó ãåðìåòèçàö³¿ ëèâíèêîâî¿ ñèñòåìè â ëàáîðàòîðíèõ òà ïðîìèñëîâèõ óìîâàõ ç âèêîðèñòàííÿì ó ÿêîñò³ õîëîäèëüíèêà ñòàëåâî¿ òðóáè ç çîâí³øí³ì ä³àìåòðîì 76ìì ³ òîâùèíîþ ñò³íêè ~5ìì ó ñòîÿêó ä³àìåòðîì 100ìì. Ðåçóëüòàòè åêñïåðèìåíò³â ïîêàçàëè, ùî òðèâàë³ñòü çàòâåðä³ííÿ ìåòàëó â çàçîð³ ì³æ öåíòðîâîþ âîãíåòðèâêîþ òðóáêîþ òà òðóáîþ-õîëîäèëüíèêîì ñêëàäຠ10-15ñ.
Ïðîâåäåíî åêñïåðèìåíòàëüí³ òåðìîãðàô³÷í³ äîñë³äæåííÿ çàòâåðä³ííÿ ìåòàëó â çàçîð³ ì³æ òðóáîþ-õîëîäèëüíèêîì òà öåíòðîâîþ âîãíåòðèâêîþ òðóáêîþ, à òàêîæ ó ñåðåäèí³ òðóáè- õîëî- äèëüíèêà â óìîâàõ ÊÊÖ ÎÀÎ "Äí³ïðîïåòðîâñüêèé ìåòàëóðã³éíèé çàâîä ³ì. Ã.². Ïåòðîâñüêîãî". Âñòàíîâëåíî, ùî çàãàëüíà òðèâàë³ñòü çàòâåðä³ííÿ ñòàë³ (100% òâåðäî¿ ôàçè) ó çàçîð³ ñêëàäຠ<1 õâ., à ó ñåðåäèí³ òðóáè-õîëîäèëüíèêà ~5 õâ. (ðèñ. 3). Îñòàííº âêàçóº íà òå, ùî ïðè âèêîðèñòàíí³ íîâî¿ òåõíîëî㳿 çàòâåðä³ííÿ ñòàëè ó âíóòð³øí³é ÷àñòèí³ òðóáè-õîëîäèëüíèêà íå ïîðóøèòü ïðîöåñ íàäõîäæåííÿ ãàçó â ñòîÿê.
Âñòàíîâëåíî, ùî àíàë³òè÷íèì ìåòîäîì âèçíà÷èòè ìîìåíò çàòâåðä³ííÿ ðîçïëàâó â çàçîð³ ì³æ õîëîäèëüíèêîì òà âîãíåòðèâîì äîñèòü ñêëàäíî, òîìó ùî ïåðåä ââåäåííÿì õîëîäèëüíèêà â ñòîÿê ÷åðåç íüîãî ïðîõîäèòü äåê³ëüêà òîíí ð³äêîãî ìåòàëó. Ó çâ'ÿçêó ç öèì ïðîâåäåí³ åêñïåðèìåíòàëüí³ äîñë³äæåííÿ ïðîöåñó íàãð³âàííÿ âîãíåòðèâ³â öåíòðîâî¿ ç âíóòð³øí³ì ä³àìåòðîì 100 ìì ïðè çàëèâàíí³ ñòàëåâèõ çëèòê³â (ðèñ. 4) ³ ôîðìóâàëüíî¿ ñóì³ø³ ñòîÿêà ç âíóòð³øí³ì ä³àìåòðîì 65 ìì ïðè çàëèâàíí³ ÷àâóííèõ ïðîêàòíèõ âàëê³â (ðèñ. 5). Ïîáóäîâàí³ ³çîòåðìè òà ³çîõðîíè âèêîðèñòîâóâàëè ïðè àäàïòàö³¿ ìàòåìàòè÷íî¿ ìîäåë³ ïðîöåñó çàòâåðä³ííÿ ðîçïëàâó â ËÆÑ.
Îòðèìàí³ åêñïåðèìåòàëüí³ äàí³ ìîæóòü áóòè çàñòîñîâàí³ òàêîæ äëÿ îö³íêè òåïëîâèõ óìîâ
ðîáîòè ìàòåð³àëó ñòîÿêà òà äëÿ ðîçðîáêè íîâèõ âèä³â âîãíåòðèâ³â.
Íåñòàá³ëüí³ñòü òåìïåðàòóðè çàëèâàííÿ ðîçïëàâó, à òàêîæ çì³íà ðîçì³ð³â ñòîÿêà ³ õîëîäèëüíèêà, õ³ì³÷íîãî ñêëàäó ñïëàâó, îñíîâíèõ òåïëîô³çè÷íèõ âëàñòèâîñòåé éîãî òà ëèâàðíî¿ ôîðìè ìîæóòü áóòè âðàõîâàí³ ò³ëüêè ïðè ìàòåìàòè÷íîìó ìîäåëþâàíí³ çàòâåðä³ííÿ ðîçïëàâó â ñèñòå-
ì³ ñòîÿê-óñòð³é äëÿ ââåäåííÿ ãàçó.
Ó ÷åòâåðòîìó ðîçä³ë³ ïðèâåäåíî îïèñ ðîçðîáëåíî¿ ìîäåë³ ïðîöåñó çàòâåðä³ííÿ ðîçïëàâó â ñòîÿêó ç öèë³íäðè÷íèì õîëîäèëüíèêîì. 1)
Ðîçðîáëåíî äâà âàð³àíòè ô³çè÷íî¿ ìîäåë³ ïðîöåñó çàòâåðä³ííÿ ìåòàëó â ñèñòåì³ ñòîÿê - óñòð³é äëÿ ââåäåííÿ ãàçó. Ìîäåëü îïèñóº ñòàí åëåìåíò³â çàçíà÷åíî¿ ñèñòåìè äî çàëèâàííÿ ñïëàâó â ëèâàðíó ôîðìó, ï³ä ÷àñ çàïîâíåííÿ ôîðìè ìåòàëîì, à òàêîæ ìèíóù³ â í³é ïðîöåñè ï³ñëÿ ââåäåííÿ
ìåòàëåâîãî õîëîäèëüíèêà.
_____________________
1) Ðîçä³ë âèêîíàíî ï³ä íàóêîâèì êåð³âíèöòâîì ä-ðà òåõí. íàóê Ñîöåíêî Î.Â.
Ïðîöåñ òåïëîîáì³íó îïèñóâàëè ç çàñòîñóâàííÿì ìåòîäó åíòàëüï³é, ç îãëÿäó íà ôàçîâ³ ïåðåòâîðåííÿ. Ïîäàíî ð³âíÿííÿ òåïëîïðîâ³äíîñò³, ãðàíè÷í³ òà ïî÷àòêîâ³ óìîâè äëÿ ôîðìè, ñóì³ø³, õîëîäèëüíèêà, ðîçïëàâó â çàçîð³ ì³æ õîëîäèëüíèêîì ³ âîãíåòðèâêîþ ïðîâîäêîþ, âíóòð³øíüîãî ïðîøàðêó ðîçïëàâó.
Ïîñòàâëåíó çàäà÷ó âèð³øóâàëè ç âèêîðèñòàííÿì ìåòîäó ê³íöåâèõ ð³çíèöü. Îòðèìàíî ðîçðàõóíêîâ³ ôîðìóëè, ùî äîçâîëÿþòü ìîäåëþâàòè ïðîöåñ òåïëîîáì³íó, çì³íþþ÷è çíà÷åííÿ äåÿêèõ îñíîâíèõ âèõ³äíèõ ïàðàìåòð³â. Çà äîïîìîãîþ ðîçðîáëåíî¿ ìîäåë³ äîñë³äæóâàëè ïðîöåñ çàòâåðä³ííÿ ðîçïëàâó ç ð³çíîìàí³òíèìè âàð³àíòàìè êîíô³ãóðàö³¿ òà ðîçì³ð³â õîëîäèëüíèêà, ä³àìåòðà ñòîÿêà, òåïëîô³çè÷íèõ âëàñòèâîñòåé ìåòàëó òà ôîðìè.
Ñêëàäåíî àëãîðèòì ðîçðàõóíêó ïðîöåñó çàòâåðä³ííÿ âèëèâêà, ùî ðåàë³çîâàíèé ó âèä³ ïðîãðàìè, íàïèñàíî¿ íà ìîâ³ Ôîðòðàí. Äëÿ àäàïòàö³¿ ìîäåë³ âèêîðèñòîâóâàëè äàí³ åêñïåðèìåíòàëüíèõ äîñë³äæåíü ïðîöåñó íàãð³âàííÿ ôîðìè òà êðèñòàë³çàö³¿ ìåòàëó â ñòîÿêó, âèêîíàí³ â ãëàâ³ 3. ßê ïîêàçàëè ðîçðàõóíêè, çàòâåðä³ííÿ ñòàë³ â çàçîð³ ì³æ âîãíåòðèâêîþ ïðîâîäêîþ òà òðóáîþ - õîëîäèëüíèêîì ïðîõîäèòü ïðîòÿãîì ïðèáëèçíî 10ñ, ùî ïðàêòè÷íî â³äïîâ³äຠðåçóëüòàòàì åêñïåðèìåíòàëüíèõ äîñë³äæåíü.
Ïðè ïðàêòè÷íîìó âèêîðèñòàíí³ öèõ äàíèõ ÷àñîâèé ³íòåðâàë â³ä ìîìåíòó ââåäåííÿ óñòðîþ â ñòîÿê äî ïîäà÷³ ãàçó ìîæå ñêëàäàòè 12 - 20 ñ. Ïðîòå íåîáãðóíòîâàíå çá³ëüøåííÿ ïàóçè ì³æ çàê³í÷åííÿì ââåäåííÿ óñòðîþ â ñòîÿê ³ ïîäà÷åþ ãàçó ïðèçâåäå äî çàòâåðä³ííÿ æèâèëüíèêà (ðîçâåäåíü), ùî âèêëþ÷èòü ìîæëèâ³ñòü âèòèñíåííÿ ðîçïëàâó ó âèëèâîê.
Ó ï'ÿòîìó ðîçä³ë³ çðîáëåíî îö³íêó ô³çè÷íèõ òà òåõíîëîã³÷íèõ âëàñòèâîñòåé ðå÷îâèí, ùî çàáåçïå÷óþòü âèä³ëåííÿ ãàçó ïðè ðîçêëàäàíí³, ïðèâåäåí³ ðåçóëüòàòè äîñë³äæåíü ïî óäîñêîíàëåííþ êîíñòðóêö³é óñòðî¿â ³ òåõíîëîã³÷íîãî ïðîöåñó ¿õíüî¿ ðîáîòè. Âèêîíàíî ðîçðàõóíêè ïî âèçíà÷åííþ ê³ëüêîñò³ òà ñêëàäó ðå÷îâèí, ïðè íàãð³âàíí³ ÿêèõ âèä³ëÿºòüñÿ äîñòàòí³é îáñÿã ãàçó äëÿ âèòèñíåííÿ ðîçïëàâó ³ç ñòîÿêà. Ïðîâåäåíî åêñïåðèìåíòàëüí³ äîñë³äæåííÿ ê³íåòèêè ³çîòåðì³÷íîãî ðîçêëàäàííÿ êàðáîíàò³â êàëüö³þ ð³çíîìàí³òíèõ ðîäîâèù ïðè òåìïåðàòóð³ 14500Ñ. Âñòàíîâëåíî, ùî çàñòîñóâàííÿ ñóì³ø³ êàðáîíàòó êàëüö³þ ç âóãëåöåì ìåíø òåõíîëîãè÷íî òà åôåêòèâíî â ïîð³âíÿíí³ ç ïàðàô³íîì (òâåðäèì ãðàíè÷íèì âóãëåâîäíåì), ðåàêö³ÿ òåðì³÷íîãî ðîçêëàäàííÿ ÿêîãî íå çàëåæèòü â³ä òèñêó.
Ðîçðàõóíêè ïîêàçàëè, ùî, íàïðèêëàä, äëÿ âèòèñíåííÿ ñòàë³ ³ç ñòîÿêà âèñîòîþ 2,9 ì ó âèëèâîê ïàðàô³íó íåîáõ³äíî 6,3 ã, à ñóì³ø³ êàðáîíàòó êàëüö³þ ç âóãëåöåì ó 13 ðàç³â á³ëüøå - 80 ã. Òîìó çàñòîñóâàííÿ ïàðàô³íó çàáåçïå÷èòü òàêîæ çíèæåííÿ ìàòåð³àëîºìíîñò³ óñòðîþ äëÿ ââåäåííÿ ãàçó çà ðàõóíîê çìåíøåííÿ îáñÿãó êîíòåéíåðà ç ãàçîîáðàçóþ÷îþ ðå÷îâèíîþ.
Ïîäàíî âàð³àíòè êîíñòðóêö³é óñòðî¿â, ùî çàáåçïå÷óþòü âèòèñíåííÿ ðîçïëàâó ç ñèôîííî¿ ëèâíèêîâî¿ ñèñòåìè. Îïèñàíî ñõåìó ¿õíüî¿ ðîáîòè ïðè âèêîðèñòàíí³ ð³çíîìàí³òíèõ âèä³â õîëîäèëüíèê³â. Çðîáëåíî îö³íêó ìîæëèâîñò³ çàíóðåííÿ óñòðîþ â ð³äêó ñòàëü ó âèïàäêó âëó÷åííÿ øëàêó â ñòîÿê.
Ïðîâåäåíî åêñïëóàòàö³éí³ ³ñïèòè ðîçðîáëåíèõ óñòðî¿â ó âàëüöåëèâàðíîìó öåõó ÎÀÎ "Äí³ïðîïåòðîâñüêèé çàâîä ïðîêàòíèõ âàëê³â" òà êèñíåâî-êîíâåðòîðíîìó öåõó ÎÀÎ "Äí³ïðîïåòðîâñüêèé ìåòàëóðã³éíèé çàâîä ³ì. Ã.². Ïåòðîâñüêîãî". Âñòàíîâëåíî, ùî åôåêòèâí³ñòü ãàçîäèíàì³÷íîãî âïëèâó íà ðîçïëàâ çàëåæèòü, íàñàìïåðåä, â³ä íàä³éíîñò³ ãåðìåòèçàö³¿ ñèñòåìè â³ä íàâêîëèøíüîãî ñåðåäîâèùà çà ðàõóíîê îðãàí³çàö³¿ ïðîöåñó çàòâåðä³ííÿ ñòàëі íà âíóòð³øí³é ïîâåðõí³ âîãíåòðèâà, öåíòðîâèõ âîãíåòðèâêèõ òðóáêàõ òà äçåðêàëà ìåòàëó â ñòîÿêó. Ó ÿêîñò³ õîëîäèëüíèêà ÷àâóííà äð³á âèÿâèëàñÿ ìåíø åôåêòèâíîþ â ïîð³âíÿíí³ ç³ ñòàëåâèìè äèñêàìè. Çàñòîñóâàííÿ êîíòåéíåðà-õîëîäèëüíèêà ç ãàçîîáðàçóþ÷îþ ðå÷îâèíîþ çàáåçïå÷óº ïðèñêîðåíå çàòâåðä³ííÿ âåðõíüî¿ ÷àñòèíè ëèâíèêîâî¿ ñèñòåìè. Ïðîòå, ó âèïàäêó ïðîðèâó ãàçó ïî ðîçí³ìàííþ öåíòðîâèõ âîãíåòðèâêèõ òðóáîê, â³äñóòíÿ ìîæëèâ³ñòü â³äíîâèòè âòðà÷åíó ñèñòåìîþ ãåðìåòè÷í³ñòü ï³ä ÷àñ ðîáîòè óñòðîþ.
Ïðîìèñëîâ³ ³ñïèòè êîíñòðóêö³¿ óñòðîþ ç ðåãóëüîâàíîþ ïîäà÷åþ ãàçó ïîêàçàëè, ùî êð³ì íàä³éíîñò³ ôîðìóâàííÿ çàòâåðä³ëîãî ïðîøàðêó â ñèôîíí³é ëèâíèêîâ³é ñèñòåì³, çàáåçïå÷óºòüñÿ óñóíåííÿ ìîæëèâèõ ðîçðèâ³â ãåðìåòèçóþ÷îãî ìåòàëåâîãî ïðîøàðêó ïî ðîçí³ìàííþ öåíòðîâèõ âîãíåòðèâêèõ òðóáîê çà ðàõóíîê ïîâåðíåííÿ ð³äêîãî ìåòàëó â ñòîÿê. ϳñëÿ çàòâåðä³ííÿ íîâîãî ïðîøàðêó ìåòàëó òà ïîâíî¿ ãåðìåòèçàö³¿ ëèâíèêîâî¿ ñèñòåìè â³ä íàâêîëèøíüîãî ñåðåäîâèùà çíîâó çä³éñíþºòüñÿ âèòèñíåííÿ ðîçïëàâó ó âèëèâîê.
Äîñë³äæåííÿ ìàêðîñòðóêòóðè ïðîá, â³ä³áðàíèõ â³ä ñòîÿê³â çëèòê³â äîñë³äíîãî òà ïîð³âíÿëüíîãî ï³ääîí³â, çàëèòèõ ç îäíîãî êîâøà, ïîêàçàëè â³äñóòí³ñòü ïðèíöèïîâèõ â³äì³ííîñòåé ó ÿêîñò³ ìåòàëó. Àíàë³ç ìàêðî- òà ì³êðîñòðóêòóðè ïðîá, â³ä³áðàíèõ â³ä ãîëîâíî¿ òà äîííî¿ îáð³ç³ äîñë³äíèõ ³ ïîð³âíÿëüíîãî çëèòê³â, ïîêàçàâ ³äåíòè÷í³ñòü îñíîâíèõ äîñë³äæóâàíèõ ïàðàìåòð³â. Ìîæëèâ³ñòü ï³äæèâëåííÿ îñüîâî¿ çîíè äîñë³äíèõ çëèòê³â ðîçïëàâîì, âèòèñíóòèì ³ç ñòîÿêà, ï³äòâåðäæóº íàÿâí³ñòü ó ãîëîâí³é ÷àñòèí³ îáð³ç³ êîíòðîëüíîãî çëèòêà óñàäî÷íî¿ øïàðèñòîñò³.
Ðîçðîáëåíà òåõíîëîã³ÿ ðåãóëüîâàíîãî âèòèñíåííÿ ð³äêîãî ìåòàëó ç ñèôîííî¿ ëèâíèêîâî¿ ñèñòåìè äîçâîëÿº òàêîæ ïðîâîäèòè ãàçî³ìïóëüñíó îáðîáêó ðîçïëàâó â ëèâàðí³é ôîðì³, ïðîäóâàííÿ âèëèâê³â ³íåðòíèì ãàçîì àáî ãàçîì ç ìîäèô³êóþ÷èìè ïîðîøêàìè. Ñïîëó÷åííÿ ìîæëèâîñòåé åêîíî쳿 ìåòàëó íà ëèâíèêîâ³é ñèñòåì³, æèâëåííÿ óñàäêè òà ãàçîäèíàì³÷íîãî âïëèâó íà ð³äêèé ìåòàë òà ìåòàë, ùî êðèñòàëèçóºòüñÿ, ìîæå áóòè âèêîðèñòàíå äëÿ îäåðæàííÿ äâîøàðîâèõ âèñîêîÿê³ñíèõ âèðîá³â ó ñòàö³îíàðíèõ ëèâàðíèõ ôîðìàõ.
Ó øîñòîìó ðîçä³ë³ ïðèâåäåíèé ïîð³âíÿëüíèé àíàë³ç, âèá³ð òà ðîçðàõóíîê íåîáõ³äíî¿ ê³ëüêîñò³ ãàçîîáðàçóþ÷î¿ ðå÷îâèíè äëÿ íàäëèâ³â ï³ä ãàçîâèì òèñêîì ïðè îäåðæàíí³ ñòàëåâèõ ³ ÷àâóííèõ âèëèâê³â. Çàñòîñóâàííÿ íàäëèâ³â ï³ä ãàçîâèì òèñêîì äîçâîëÿº çá³ëüøèòè âèõ³ä ïðèäàòíîãî äî 75-87%, òà ó äåÿêèõ âèïàäêàõ äî 95%, çàì³ñòü 50 - 60% - ïðè çâè÷àéíîìó çàñîá³ ëèòòÿ ç ìåòàëîñòàòè÷íèìè íàäëèâàìè.
Êð³ì òîãî, çàñòîñóâàííÿ òèñêó ï³äâèùóº ìåõàí³÷í³ âëàñòèâîñò³ ìåòàëó âèëèâê³â. Ïîêàçàíî, ùî íåñòàá³ëüí³ñòü ðîáîòè íàäëèâ³â ï³ä ãàçîâèì òèñêîì îáóìîâëåíà, íàñàìïåðåä, âèêîðèñòàííÿì êàðáîíàòó êàëüö³þ (ìåëî-ãðàô³òîâîãî çàðÿäó). Ó âèëèâêàõ ç ìàëîþ òîâùèíîþ ñò³íîê ³, â³äïîâ³äíî,
íèçüêîþ òðèâàë³ñòþ çàòâåðä³ííÿ, ÷àñòî íå â³äáóâàºòüñÿ ïîâíî¿ äèñîö³àö³¿ ðîçðàõóíêîâî¿ ê³ëüêîñò³
ãàçîîáðàçóþ÷î¿ ðå÷îâèíè òà íå ñòâîðþºòüñÿ íåîáõ³äíîãî òèñêó ãàçó.
Ó ÿêîñò³ ãàçîîáðàçóþ÷î¿ ðå÷îâèíè çàïðîïîíîâàíèé ïàðàô³í - ñóì³ø òâåðäèõ ãðàíè÷íèõ âóãëåâîäí³â ç ìîëåêóëÿðíîþ ìàñîþ 300-500, ùî ö³ëêîì ïåðåõîäÿòü ó ãàçîâó ôàçó ïðè á³ëüø íèçüêîþ, í³æ CaCO3, òåìïåðàòóð³. Êð³ì òîãî, ðåàêö³¿ ðîçêëàäàííÿ ãðàíè÷íîãî âóãëåâîäíþ º íåîáîðîòíèìè, ùî ðîáèòü ðîáîòó íàäëèâ³â ï³ä ãàçîâèì òèñêîì á³ëüø ñòàá³ëüíîþ. Âèâåäåíî ðîçðàõóíêîâ³ ôîðìóëè òà ïîáóäîâàíî ãðàô³êè, ùî äîçâîëÿþòü âèçíà÷èòè íåîáõ³äíó ê³ëüê³ñòü ïàðàô³íîâîãî çàðÿäó äëÿ íàäëèâ³â ñòàëåâèõ òà ÷àâóííèõ âèëèâê³â ð³çíîìàí³òíî¿ ìàñè ïðè íåîáõ³äíîìó ãàçîâîìó òèñêó. Ïðèâåäåí³ ðîçðàõóíêè ïîêàçàëè, ùî ïðè âèêîðèñòàíí³ ïàðàô³íó â ÿêîñò³ ãàçîîáðàçóþ÷î¿ ðå÷îâèíè éîãî âèòðàòè â 5-12 ðàç³â ìåíø³, í³æ ìåëî-ãðàô³òîâî¿ ñóì³ø³.
Ó ñüîìîìó ðîçä³ë³ ïðèâåäåíî ðîçðàõóíîê ïîòåíö³éíîãî åêîíîì³÷íîãî åôåêòó âèêîðèñòàííÿ òåõíîëî㳿 ãàçîäèíàì³÷íîãî âèòèñíåííÿ ðîçïëàâó ç ñèôîííî¿ ëèâíèêîâî¿ ñèñòåìè â ñòàëåâ³ çëèòêè òà ÷àâóíí³ ïðîêàòí³ âàëêè, à òàêîæ çàñòîñóâàííÿ ïàðàô³íó ó íàäëèâàõ ï³ä ãàçîâèì òèñêîì.
Ïðè âèðîáíèöòâ³ ÷àâóííèõ ïðîêàòíèõ âàëê³â íà ÎÀÎ "Äí³ïðîïåòðîâñüêèé çàâîä ïðîêàòíèõ âàëê³â" (ÄÇÏÂ) ³ "Ëóòóãèíñüêèé çàâîä ïðîêàòíèõ âàëê³â" (ËÇÏÂ) çàñòîñîâóþòü ñèôîííó ëèâíèêîâó ñèñòåìó ç ä³àìåòðîì ñòîÿêà 0,09ì. Ïðè ñåðåäí³é âàðòîñò³ òîííè âàëê³â V ãðóïè âèêîíàííÿ ÑØÕÍ ~3500 ãðèâåíü (ó ö³íàõ çà 1998ð.) òà âèñîò³ ñòîÿêà 4,5 ì, åêîíîì³ÿ íà êîæíîìó â³äëèòîìó âàëêó äîð³âíþº ~ 606 ãðí. Ïðè ð³÷íîìó âèðîáíèöòâ³ 6000 ïðîêàòíèõ âàëê³â íà ÄÇÏ ³ ËÇÏÂ, åêîíîì³ÿ ñêëàäå ~ 3630000 ãðèâåíü.
Âèêîðèñòàííÿ íîâî¿ òåõíîëî㳿 â óìîâàõ ÊÊÖ ÎÀÎ “Ìåòàëóðã³éíèé çàâîä ³ì. Ã.². Ïåòðîâñüêîãî” çàáåçïå÷óº âèòèñíåííÿ ð³äêîãî ìåòàëó ³ç ñòîÿêà â çëèòîê çà ðàõóíîê ñòâîðåííÿ íàäëèøêîâîãî òèñêó ãàçó. Ðîçïëàâ ³ç ñòîÿêà òà æèâèëüíèêà ïåðåì³ùóºòüñÿ ó âèëèâíèöþ. Íîâà òåõíîëîã³ÿ äîçâîëÿº âèòèñíóòè ìåòàë ³ç ñòîÿêà ä³àìåòðîì 0,1 ì íà âèñîòó 2,5 ì ó çëèòêè. Ïðè ð³÷íîìó îáñÿç³ âèðîáíèöòâà çëèòê³â - 500000 ò, åêîíîì³ÿ ïî ÊÊÖ ñêëàäå ~ 665000 ãðèâåíü.
 ïðèâåäåíèõ ðîçðàõóíêàõ íå âðàõîâàíà åêîíîì³ÿ ìåòàëó â³ä âèòèñíåííÿ ðîçïëàâó ç æèâèëüíèê³â, ìîæëèâå ïîë³ïøåííÿ ÿêîñò³ ìåòàëó ïðè ï³äâèùåíí³ éîãî îäíîð³äíîñò³ òà ù³ëüíîñò³ â îñüîâ³é çîí³ âèëèâê³â çà ðàõóíîê ðîçïëàâó ùî âèòèñêóºòüñÿ, à òàêîæ çíèæåííÿ òðóäîì³ñòêîñò³ ðîçáèðàííÿ â³äõîä³â ìåòàëó ñòîÿê³â.
Ïðè ð³÷íîìó âèðîáíèöòâ³ 20 òèñ. ò ñòàëåâèõ âèëèâê³â âèêîðèñòàííÿ ïàðàô³íó â ÿêîñò³ ãàçîîáðàçóþ÷î¿ ðå÷îâèíè äëÿ íàäëèâ³â ï³ä ãàçîâèì òèñêîì äîçâîëèòü çá³ëüøèòè âèõ³ä ïðèäàòíîãî â ñåðåäíüîìó íà 16% òà îäåðæàòè åêîíîì³÷íèé åôåêò ó ñóì³ ~ 2,36 ìëí. ãðí.
Òàêèì ÷èíîì, ñóìàðíèé ïîòåíö³éíèé åêîíîì³÷íèé åôåêò â³ä âèêîðèñòàííÿ òåõíîëî㳿 ãàçîäèíàì³÷íîãî âèòèñíåííÿ ðîçïëàâó ó âèëèâîê ñêëàäå ~ 6,65 ìëí. ãðèâåíü.
ÇÀÃÀËÜͲ ÂÈÑÍÎÂÊÈ
1. Âèêîíàí³ äîñë³äæåííÿ äîçâîëèëè îäåðæàòè íàóêîâî îáãðóíòîâàí³ ðåçóëüòàòè, ùî çàáåçïå÷èëè ðîçðîáêó íîâî¿ òåõíîëî㳿 ðåãóëüîâàíîãî ãàçîäèíàì³÷íîãî âèòèñíåííÿ ð³äêîãî ìåòàëó ³ç ñèôîííî¿ ëèâíèêîâî¿ ñèñòåìè ó âèëèâêè. Öå â³äêðèâຠïåðñïåêòèâè íå ò³ëüêè ð³øåííÿ àêòóàëüíî¿ çàäà÷³ ëèâàðíîãî âèðîáíèöòâà - çìåíøåííÿ íåïðîäóêòèâíèõ âèòðàò ìåòàëó, àëå ³ ìîæëèâîñò³ íàñòóïíîãî ãàçîäèíàì³÷íîãî âïëèâó ÷åðåç ËÆÑ íà ð³äêèé ìåòàë, òà ìåòàë ùî êðèñòàëèçóºòüñÿ, ç ìåòîþ ï³äâèùåííÿ éîãî ÿêîñò³.
2. Âñòàíîâëåíî òåðìî÷àñîâ³ ðåæèìè ðåàë³çàö³¿ íîâîãî ïðîöåñó, ùî âðàõîâóþòü ð³çíîìàí³òí³ ðîçì³ðè ñèôîííî¿ ËÆÑ, òåïëîô³çè÷í³ âëàñòèâîñò³ ìàòåð³àëó ôîðìè ³ ñïëàâó, à òàêîæ òðèâàë³ñòü çàëèâàííÿ. ³äì³ííîþ ðèñîþ çàïðîïîíîâàíèõ óñòðî¿â º ãåðìåòèçàö³ÿ ëèâíèêîâî¿ ñèñòåìè â³ä íàâêîëèøíüîãî ñåðåäîâèùà çà ðàõóíîê çàëèòîãî ñïëàâó, ùî ïðèìóñîâî òâåð䳺 äî óòâîðåííÿ ïðîøàðêó ìåòàëó çàäàíî¿ òîâùèíè.
3. Ðîçðîáëåíî ô³çè÷íó òà ìàòåìàòè÷íó ìîäåë³ ïðîöåñó çàòâåðä³ííÿ ìåòàëó â ñèñòåì³ ñòîÿê - óñòð³é äëÿ ââåäåííÿ ãàçó, ùî îïèñóþòü ñòàí åëåìåíò³â çàçíà÷åíî¿ ñèñòåìè äî çàëèâàííÿ ðîçïëàâó â ëèâàðíó ôîðìó, ï³ä ÷àñ çàïîâíåííÿ ôîðìè ìåòàëîì òà ï³ñëÿ ââåäåííÿ ìåòàëåâîãî õîëîäèëüíèêà. Ïîñòàâëåíó çàäà÷ó âèð³øóâàëè ç âèêîðèñòàííÿì ìåòîäó ê³íöåâèõ ð³çíèöü. Ñêëàäåíèé íà îñíîâ³ îòðèìàíèõ ðîçðàõóíêîâèõ ôîðìóë àëãîðèòì äîçâîëÿº ìîäåëþâàòè ïðîöåñ òåïëîîáì³íó â ñèñòåì³ ç ð³çíîìàí³òíèìè âàð³àíòàìè êîíô³ãóðàö³¿ òà ðîçì³ð³â õîëîäèëüíèêà, ä³àìåòðà ñòîÿêà, òðèâàëîñò³ çàëèâàííÿ, òåïëîô³çè÷íèõ âëàñòèâîñòåé ôîðìè ³ ðîçïëàâó.
Äëÿ àäàïòàö³¿ ìîäåë³ âèêîðèñòîâóâàëè äàí³ åêñïåðèìåíòàëüíèõ äîñë³äæåíü ïðîöåñó íàãð³âàííÿ ôîðìè òà êðèñòàë³çàö³¿ ìåòàëó â ñòîÿêó.
4. Åêñïåðèìåíòàëüíî äîñë³äæóâàíèé ïðîöåñ íàãð³âàííÿ òà íàñòóïíîãî îõîëîäæåííÿ ôîðìóâàëüíî¿ ñóì³ø³ ñòîÿêà ç âíóòð³øí³ì ä³àìåòðîì 65 ìì ïðè çàëèâàíí³ ÷àâóííîãî ïðîêàòíîãî âàëêà âèêîíàííÿ ÑÏÕÍ ìàñîþ 1080 êã, ç áî÷êîþ ä³àìåòðîì 330 ìì ³ âèñîòîþ 1000 ìì. Îòðèìàí³ òåðìîê³íåòè÷í³ êðèâ³ ïîêàçàëè, ùî ïðè òåõíîëîã³÷í³é ðîçðîáö³ êîíñòðóêö³¿ íîâîãî óñòðîþ îñíîâíèé âïëèâ íà çàòâåðä³ííÿ ðîçïëàâó â ñòîÿêó áóäå ðîáèòè ôîðìà òà ìàñà õîëîäèëüíèêà.
5. Âñòàíîâëåíî òåðìî÷àñîâ³ ðåæèìè çàòâåðä³ííÿ ìåòàëó â çàçîð³ ì³æ öåíòðîâîþ âîãíåòðèâêîþ òðóáêîþ òà òðóáîþ-õîëîäèëüíèêîì ìåòîäîì ìîäåëþâàííÿ ïðîöåñó ãåðìåòèçàö³¿ ëèâíèêîâî¿ ñèñòåìè â ëàáîðàòîðíèõ òà ïðîìèñëîâèõ óìîâàõ ç âèêîðèñòàííÿì ó ÿêîñò³ õîëîäèëüíèêà ñòàëåâî¿ òðóáè ç çîâí³øí³ì ä³àìåòðîì 76 ìì ³ òîâùèíîþ ñò³íêè ~5 ìì ó ñòîÿêó ä³àìåòðîì 100 ìì.
6. Åêñïåðèìåíòàëüíî äîñë³äæóâàíèé ïðîöåñ íàãð³âàííÿ òà íàñòóïíîãî îõîëîäæåííÿ âîгнетриâ³â öåíòðîâî¿ ç âíóòð³øí³ì ä³àìåòðîì 100 ìì ïðè çàëèâàíí³ çëèòê³â ñïîê³éíî¿ ñòàë³ ìàñîþ 28,6 ò íà ÷îòèðèì³ñíîìó ï³ääîí³. Âñòàíîâëåíî ê³íåòèêó ïðîãð³âó âîãíåòðèâêîãî ïðèïàñó òà òåìïåðàòóðíå ïîëå ïî éîãî òîâùèí³. Ïîáóäîâàí³ ³çîòåðìè òà ³çîõðîíè áóëè âèêîðèñòàí³ ïðè àäàïòàö³¿ ìàòåìàòè÷íî¿ ìîäåë³ ïðîöåñó çàòâåðä³ííÿ ðîçïëàâó â ËÆÑ. Îòðèìàí³ ýêñïåðèìåòàëüí³ äàí³ ìîæóòü áóòè çàñòîñîâàí³ òàêîæ äëÿ îö³íêè òåïëîâèõ óìîâ ðîáîòè ìàòåð³àëó ñòîÿêà òà äëÿ ðîçðîáêè íîâèõ âèä³â âîãíåòðèâ³â.
7. Âñòàíîâëåíî, ùî ïðè âèêîðèñòàíí³ íîâî¿ òåõíîëî㳿 çàòâåðä³ííÿ ñòàë³ ó âíóòð³øí³é ÷àñòèí³ òðóáè-õîëîäèëüíèêà íå ïîðóøèòü ïðîöåñ íàäõîäæåííÿ ãàçó â ñòîÿê. Åêñïåðèìåíòàëüí³ òåðìîãðàô³÷í³ äîñë³äæåííÿ çàòâåðä³ííÿ ìåòàëó â çàçîð³ ì³æ òðóáîþ-õîëîäèëüíèêîì òà öåíòðîâîþ âîãíåòðèâêîþ òðóáêîþ, à òàêîæ óñåðåäèí³ òðóáè-õîëîäèëüíèêà ïîêàçàëè, ùî çàãàëüíà òðèâàë³ñòü çàòâåðä³ííÿ ñòàë³ (100% òâåðäî¿ ôàçè) ó ñåðåäèí³ òðóáè-õîëîäèëüíèêà ñêëàäຠ5 õâилин.
8. Ðîçðîáëåíî ð³çíîìàí³òí³ âàð³àíòè êîíñòðóêö³é óñòðî¿â, ùî çàáåçïå÷óþòü ãåðìåòèçàö³þ ËÆÑ â³ä íàâêîëèøíüîãî ñåðåäîâèùà, ââåäåííÿ ãàçó òà íàñòóïíå âèòèñíåííÿ ðîçïëàâó ó âèëèâîê. Âñòàíîâëåíî òàêîæ ìîæëèâ³ñòü çàíóðåííÿ óñòðîþ â ð³äêó ñòàëü ó âèïàäêó âëó÷åííÿ øëàêó â ñòîÿê. Âèçíà÷åíî ñêëàä ðå÷îâèí, ïðè íàãð³âàíí³ ÿêèõ âèä³ëÿºòüñÿ äîñòàòí³é îáñÿã ãàçó äëÿ åôåêòèâíîãî âïëèâó íà ðîçïëàâ òà âèêîíàíèé ðîçðàõóíîê ¿õíüî¿ ê³ëüêîñò³. Âèâ÷åíî ê³íåòèêó òåðì³÷íîãî ðîçêëàäàííÿ êàðáîíàò³â êàëüö³þ ð³çíîìàí³òíèõ ðîäîâèù. Âñòàíîâëåíî, ùî çàñòîñóâàííÿ ñóì³ø³ êàðáîíàòó êàëüö³þ ç âóãëåöåì ìåíø òåõíîëîã³÷íî â ïîð³âíÿíí³ ç ïàðàô³íîì (òâåðäèì ãðàíè÷íèì âóãëåâîäíåì), îñíîâíèìè ïåðåâàãàìè ÿêîãî º íèçüêà òåìïåðàòóðà êèï³ííÿ òà ãàðàíòîâàíå ðîçêëàäàííÿ éîãî ðîçðàõóíêîâî¿ ê³ëüêîñò³. Äëÿ âèòèñíåííÿ ñòàë³ ç ñòîÿêà âèñîòîþ 2,9 ì ó âèëèâêè ìàñîþ 28,6 ò ïàðàô³íó íåîáõ³äíî â 13 ðàç³â ìåíøå, í³æ ñóì³ø³ êàðáîíàòó êàëüö³þ ç âóãëåöåì.
9.  ðåçóëüòàò³ ïðîìèñëîâèõ ³ñïèò³â âñòàíîâëåíî, ùî êîíñòðóêö³ÿ óñòðîþ ç ðåãóëüîâàíîþ ïîäà÷åþ ãàçó êð³ì íàä³éíîñò³ ôîðìóâàííÿ çàòâåðä³ëîãî ïðîøàðêó â ñèôîííî¿ ËÆÑ çàáåçïå÷óº óñóíåííÿ ìîæëèâèõ ðîçðèâ³â ãåðìåòèçóþ÷îãî ìåòàëåâîãî ïðîøàðêó ïî ðîçí³ìàííþ öåíòðîâèõ âîãíåòðèâêèõ òðóáîê çà ðàõóíîê ïîâåðíåííÿ ð³äêîãî ìåòàëó â ñòîÿê. Íàñòóïíå âèòèñíåííÿ ðîçïëàâó çàáåçïå÷èòü æèâëåííÿ óñàäêè îñüîâî¿ çîíè âèëèâêà, à òàêîæ ìîæëèâ³ñòü ïðîâîäèòè ãàçî³ìïóëüñíó îáðîáêó ðîçïëàâó â ëèâàðí³é ôîðì³, ïðîäóâàííÿ ìåòàëó, ùî êðèñòàë³çóºòüñÿ, ³íåðòíèì ãàçîì àáî ãàçîì ç ïîðîøêàìè, ùî ìîäèô³êóþòü. Ñïîëó÷åííÿ ìîæëèâîñòåé åêîíî쳿 ìåòàëó íà ëèâíèêîâ³é ñèñòåì³ òà ãàçîäèíàì³÷íîãî âïëèâó íà ðîçïëàâ ìîæå áóòè âèêîðèñòàíå äëÿ îäåðæàííÿ äâîøàðîâèõ âèñîêîÿê³ñíèõ âèðîá³â ó ñòàö³îíàðíèõ ëèâàðíèõ ôîðìàõ.
10. Äîñë³äæåííÿ ìàêðîñòðóêòóðè ïðîá, â³ä³áðàíèõ â³ä ñòîÿê³â äîñë³äíîãî òà ïîð³âíÿëüíîãî ï³ääîí³â, çàëèòèõ ç îäíîãî êîâøà, ïîêàçàëè â³äñóòí³ñòü ïðèíöèïîâèõ â³äì³ííîñòåé ó ÿêîñò³ ìåòàëó. Àíàë³ç ìàêðî- ³ ì³êðîñòðóêòóðè ïðîá, â³ä³áðàíèõ â³ä ãîëîâíî¿ òà äîííî¿ îáð³ç³ äîñë³äíèõ òà ïîð³âíÿëüíîãî çëèòê³â, âèÿâèâ ³äåíòè÷í³ñòü îñíîâíèõ äîñë³äæóâàíèõ ïàðàìåòð³â. Ìîæëèâ³ñòü ï³äæèâëåííÿ îñüîâî¿ çîíè äîñë³äíèõ çëèòê³â ðîçïëàâîì, âèòèñíóòèì ³ç ñòîÿêà, ï³äòâåðäæóº íàÿâí³ñòü ó ãîëîâí³é ÷àñòèí³ îáð³ç³ êîíòðîëüíîãî çëèòêà óñàäî÷íî¿ øïàðèñòîñò³.
11.  ðåçóëüòàò³ âèâ÷åííÿ îñíîâíèõ çàñîá³â ï³äâèùåííÿ òèñêó â ïîðîæíèí³ íàäëèâ³â âèëèâê³â çà äîïîìîãîþ ãàçîîáðàçóþ÷èõ ðå÷îâèí âñòàíîâëåíî, ùî íåñòàá³ëüí³ñòü ðîáîòè íàäëèâ³â ï³ä ãàçîâèì òèñêîì îáóìîâëåíà, íàñàìïåðåä, âèêîðèñòàííÿì êàðáîíàòó êàëüö³þ (ìåëî-ãðàô³òîâîãî çàðÿäó). Âñòàíîâëåíî, ùî ïðè âèêîðèñòàíí³ ïàðàô³íó éîãî âèòðàòè â 5-12 ðàç³â ìåíø³, í³æ ìåëî-ãðàô³òîâî¿ ñóì³ø³. Ðåàêö³¿ ðîçêëàäàííÿ ãðàíè÷íîãî âóãëåâîäíþ º íåîáîðîòíèìè, ùî ðîáèòü ðîáîòó ïðèáóòêó ï³ä ãàçîâèì òèñêîì á³ëüø ñòàá³ëüíîþ. Âèâåäåíî ðîçðàõóíêîâ³ ôîðìóëè òà ïîáóäîâàíî ãðàô³êè, ùî äîçâîëÿþòü âèçíà÷èòè íåîáõ³äíó ê³ëüê³ñòü ïàðàô³íîâîãî çàðÿäó äëÿ íàäëèâ³â ñòàëåâèõ òà ÷àâóííèõ âèëèâê³â ð³çíîìàí³òíî¿ ìàñè ïðè íåîáõ³äíîìó ãàçîâîìó òèñêó.
12. Âèêîðèñòàííÿ ðîçðîáëåíîãî ïðîöåñó ïðè âèðîáíèöòâ³ 6 òèñ. ïðîêàòíèõ âàëê³â íà ÄÇÏ ³ ËÇÏ äîçâîëèòü çàîùàäèòè 3,6 ìëí. ãðèâåíü (ó ö³íàõ çà 1998ð.). Çàñòîñóâàííÿ íîâî¿ òåõíîëî㳿 â óìîâàõ ÊÊÖ ÎÀÎ “Ìåòàëóðã³éíèé çàâîä ³ì. Ã.². Ïåòðîâñüêîãî” çàáåçïå÷óº âèòèñíåííÿ ðîçïëàâó ³ç ñòîÿêà â çëèòêè ³, ïðè îáñÿç³ âïðîâàäæåííÿ 500 òèñ. ò, äîçâîëèòü çàîùàäæóâàòè 665 òèñ. ãðèâåíü. Ó ïðèâåäåíèõ ðîçðàõóíêàõ íå îáë³÷åíà åêîíîì³ÿ ìåòàëó çà ðàõóíîê âèòèñíåííÿ ðîçïëàâó ç æèâèëüíèê³â, ìîæëèâå ïîë³ïøåííÿ ÿêîñò³ ìåòàëó ïðè ï³äâèùåíí³ éîãî îäíîð³äíîñò³ òà ù³ëüíîñò³ â îñüîâ³é çîí³ âèëèâê³â çà ðàõóíîê ðîçïëàâó, ùî âèòèñêóºòüñÿ, à òàêîæ çíèæåííÿ òðóäîì³ñòêîñò³ ðîçáèðàííÿ â³äõîä³â ìåòàëó ñòîÿê³â. Âèêîðèñòàííÿ ïàðàô³íó â ÿêîñò³ ãàçîîáðàçóþ÷î¿ ðå÷îâèíè äëÿ íàäëèâ³â ï³ä ãàçîâèì òèñêîì äîçâîëèòü çá³ëüøèòè âèõ³ä ïðèäàòíîãî â ñåðåäíüîìó íà 16% òà îäåðæàòè åêîíîì³÷íèé åôåêò ó ñóì³ 2,36 ìëí. ãðí.
Òàêèì ÷èíîì, ñóìàðíèé ïîòåíö³éíèé åêîíîì³÷íèé åôåêò â³ä âèêîðèñòàííÿ òåõíîëî㳿 ãàçîäèíàì³÷íîãî âèòèñíåííÿ ðîçïëàâó ó âèëèâîê ñêëàäå 6,65 ìëí. ãðèâåíü (ó ö³íàõ çà 1998ð.).
ÏÓÁ˲ÊÀÖ²¯ ÏÎ ÒÅ̲ ÄÈÑÅÐÒÀÖ²¯
1. Селиверстов В.Ю. Технология вытеснения расплава из стояка в отливку // Теория и практика металлургии. – 1999. - № 4. – С. 12–13.
2. Хрычиков В.Е., Селиверстов В.Ю., Гришин А.М. Технологические особенности применения прибылей под газовым давлением // Теория и практика металлургии. – 1999. - № 5. – С. 38 – 39.
3. Хрычиков В.Е., Селиверстов В.Ю., Семенова Т.В., Бутенко И.Г. Экспериментальное исследование процесса затвердевания стали в центровой с цилиндрическим холодильником // Процессылитья . – 2000. - № 1. – С. 18 – 20.
4. Хрычиков В.Е., Селиверстов В.Ю., Решетняк С.И., Макаренко Л.Л. Моделирование процесса затвердевания металла в системе центровая-устройство для ввода газа // Вісті академії інженерних наук України. – 1997. - С. 65–70.
5. Хрычиков В.Е., Селиверстов В.Ю., Семенова Т.В., Резун В.Е. Экспериментальное исследование процесса нагрева огнеупора в центровой при заливке спокойной стали // Вісті академії інженерних наук України. – 1998. – С. 187–191.
ïðàö³, ùî äîäàòêîâî â³äîáðàæàþòü íàóêîâ³ ðåçóëüòàòè äèñåðòàö³¿
6. Хрычиков В.Е., Селиверстов В.Ю., Матвеева М.О., Семенова Т.В., Семенов Д.И. Снижение расхода металла на литниковую систему при производстве крупных отливок // Труды междунар. конф. "Теория и практика решений экологических проблем в горнодобывающей и металлургической промышленности". – Днепропетровск: ГМетАУ. – 1995. – С. 52 – 53.
ÀÍÎÒÀÖ²ß
Ñåëіâüîðñòîâ Â.Þ. Ðîçðîáêà, äîñë³äæåííÿ ³ ìîäåëþâàííÿ ïðîöåñó ãàçîäèíàìè³÷íîãîâèòèñíåííÿ ðîçïëàâó ³ç ëèâíèêîâî-æèâëþ÷î¿ ñèñòåìè ó âèëèâîê. - Ðóêîïèñ.
Äèñåðòàö³ÿ íà çäîáóòòÿíàóêîâîãî ñòóïåíÿ êàíäèäàòà òåõí³÷íèõ íàóê çà ñïåö³àëüí³ñòþ 05.16.04- Ëèâàðíå âèðîáíèöòâî. - Íàö³îíàëüíèé òåõí³÷íèé óí³âåðñèòåò Óêðà¿íè “Êϲ”, Êè¿â, 2000ð.
Äèñåðòàö³ÿ ïðèñâÿ÷åíà äîñë³äæåííþ ³ ðîçðîáö³ òåõíîëî㳿 ðåãóëüîâàíîãî ãàçîäèíàì³÷íîãî âèòèñíåííÿ ð³äêîãî ìåòàëó ³ç ñèôîííî¿ ëèâíèêîâî-æèâëþ÷î¿ ñèñòåìè ó âèëèâêè. Âñòàíîâëåíî òåðìî÷àñîâ³ ðåæèìè ðåàë³çàö³¿ ïðîöåñó, ùî âðàõîâóþòü ð³çíîìàí³òí³ ðîçì³ðè ñèôîííî¿ ËÆÑ, òåïëîô³çè÷í³ âëàñòèâîñò³ ìàòåð³àëó ôîðìè ³ ñïëàâó, à òàêîæ òðèâàë³ñòü çàëèâàííÿ. ³äì³ííîþ ðèñîþ çàïðîïîíîâàíèõ óñòðî¿â º ãåðìåòèçàö³ÿ ëèâíèêîâî¿ ñèñòåìè â³ä íàâêîëèøíüîãî ñåðåäîâèùà çà ðàõóíîê çàëèòîãî ñïëàâó, ùî ïðèìóñîâî òâåð䳺 äî óòâîðåííÿ ïðîøàðêó ìåòàëó çàäàíî¿ òîâùèíè. Ðîçðîáëåíî ô³çè÷íà ³ ìàòåìàòè÷íà ìîäåë³ ïðîöåñó çàòâåðä³ííÿ ìåòàëó â ñèñòåì³ ñòîÿê - óñòð³é äëÿ ââåäåííÿ ãàçó. Âñòàíîâëåíî òåðìî÷àñîâ³ ðåæèìè çàòâåðä³ííÿ ìåòàëó â çàçîð³ ì³æ öåíòðîâîþ âîãíåòðèâêîþ òðóáêîþ ³ òðóáîþ-õîëîäèëüíèêîì. Ðîçðîáëåíî ð³çíîìàí³òí³ âàð³àíòè êîíñòðóêö³é óñòðî¿â, ùî çàáåçïå÷óþòü ãåðìåòèçàö³þ ËÆÑ â³ä íàâêîëèøíüîãî ñåðåäîâèùà, ââåäåííÿ ãàçó ³ íàñòóïíå âèòèñíåííÿ ðîçïëàâó. Âèçíà÷åíî ñêëàä ðå÷îâèí, ïðè íàãð³âàíí³ ÿêèõ âèä³ëÿºòüñÿ äîñòàòí³é îáñÿã ãàçó äëÿ åôåêòèâíîãî âïëèâó íà ðîçïëàâ òà ðîçðîáëåí³ â³âäïîâ³äí³ ðîçðàõóíêîâ³ ôîðìóëè.
Êëþ÷îâ³ ñëîâà: ëèâíèêîâî-æèâëþ÷à ñèñòåìà, ËÆÑ, ðîçïëàâ, ãàçîäèíàì³÷íå âèòèñíåííÿ, âèëèâîê, íàäëèâ, óñòð³é, òåõíîëîã³ÿ, ãàçîîáðàçóþ÷à ðå÷îâèíà, äîñë³äæåííÿ, òåìïåðàòóðíå ïîëå, ê³íåòèêà çàòâåðä³ííÿ, ìàòåìàòè÷íà ìîäåëü.
Àííîòàöèÿ
Ñåëèâåðñòîâ Â.Þ. Ðàçðàáîòêà, èññëåäîâàíèå è ìîäåëèðîâàíèå ïðîöåññà ãàçîäèíàìè÷åñêîãî âûòåñíåíèÿ ðàñïëàâà èç ëèòíèêîâî-ïèòàþùåé ñèñòåìû â îòëèâêó. – Ðóêîïèñü.
Äèññåðòàöèÿ íà ñîèñêàíèå ó÷åíîé ñòåïåíè êàíäèäàòà òåõíè÷åñêèõ íàóê ïî ñïåöèàëüíîñòè 05.16.04 – Ëèòåéíîå ïðîèçâîäñòâî. – Íàöèîíàëüíûé òåõíè÷åñêèé óíèâåðñèòåò Óêðàèíû “ÊÏÈ”, Êèåâ, 2000 ã.
Äèññåðòàöèÿ ïîñâåùåíà исследованию и разработке технологии регулируемого газодинамического вытеснения жидкого металла из сифонной литниково-питающей системы в отливки и слитки. Установлены термовременные режимы реализации процесса, учитывающие различные размеры сифонной ЛПС, теплофизические свойства материала формы и сплава, а также продолжительность заливки.
Отличительной особенностью предлагаемых устройств является герметизация литниковой системы от окружающей среды за счет залитого сплава, который принудительно затвердевает до образования слоя металла заданной толщины. Разработаны физическая и математическая модели процесса затвердевания металла в системе стояк - устройство для ввода газа. Модели описывают состояние элементов указанной системы до заливки расплава в литейную форму, во время заполнения формы металлом и после введения металлического холодильника.
Поставленную задачу решали с использованием метода конечных разностей. Составленный на основе полученных расчетных формул алгоритм позволяет моделировать процесс теплообмена в системе с различными вариантами конфигурации и размеров холодильника, диаметра стояка, продолжительности заливки, теплофизических свойств формы и расплава. Для адаптации модели использовали данные экспериментальных исследований процесса нагрева формы и кристаллизации металла в стояке.
Установлены термовременные режимы затвердевания металла в зазоре между внутренней поверхностью формовочной смеси литейной формы стояка или центровой огнеупорной трубкой и трубой-холодильником.
Экспериментально установлена кинетика прогрева формовочной смеси литейной формы стояка и огнеупорного припаса, температурное поле по их толщине при заливке прокатных валков и слитков спокойной стали массой 28,6т. Построены изотермы и изохроны, которые могут быть применены также для оценки тепловых условий работы материала стояка и для разработки новых видов огнеупоров.
Разработаны различные варианты конструкций устройств, обеспечивающих герметизацию ЛПС от окружающей среды, ввод газа и последующее вытеснение расплава. Установлено, что конструкция устройства с регулируемой подачей газа кроме надежности формирования затвердевшего слоя в сифонной ЛПС обеспечивает возможность "залечивания" образующихся несплошностей по разъему центровых огнеупорных трубок за счет возврата жидкого металла в стояк в процессе работы устройства.
Вытеснение расплава из стояка улучшит питание усадки осевой зоны отливки или слитка, обеспечит возможность последующего проведения газоимпульсной обработки металла в литейной форме, продувку кристаллизующегося сплава инертным газом или газом с модифицирующими порошками.
Установлен состав веществ, при нагреве которых выделяется достаточный объем газа для эффективного воздействия на расплав, выведены расчетные формулы для определения их количества. Анализ макро- и микроструктуры проб, отобранных от головной и донной обрези опытных и сравнительного слитков, выявил идентичность основных исследуемых параметров. Возможность подпитки осевой зоны опытных слитков расплавом, вытесненным из стояка, подтверждает наличие в головной части обрези контрольного слитка усадочной пористости.
Изучение основных способов повышения давления в полости прибылей отливок с помощью газообразующих веществ показал, что нестабильность работы прибылей под газовым давлением обусловлена, прежде всего, использованием карбоната кальция (мело-графитового заряда). В отливках с малой толщиной стенок, а также при установке нескольких прибылей, часто не происходит полного разложения расчетного количества газообразующего вещества.
Установлено, что при использовании парафина в качестве газообразующего вещества прибыль под газовым давлением работает более стабильно, при этом его расход в 5-12 раз меньше, чем мело-графитовой смеси при той же стоимости заряда. Выведены расчетные формулы и построены графики, которые позволяют определить необходимое количество парафинового заряда для прибылей стальных и чугунных отливок различной массы при требуемом газовом давлении.
Ключевые слова: литниково-питающая система, ЛПС, расплав, газодинамическое вытеснение, отливка, прибыль, устройство, технология, газообразующее вещество, исследование, температурное поле, кинетика затвердевания, математическая модель.
SUMMARY
Seliverstov V.Ju. Development, investigation and modeling of the process for gas dynamic replacement of melt from gate system in casting. – Manuskript.
The thesis on competition of a degree of the candidate of sciences. Speciality 05.16.04 – Foundry manufacture. – National technikal university of Ukraine, Kyiv, 2000.
The thesis is devotet to the research and development of technology for adjustable gas dynamic replacement of liquid metal out of siphon gate in castings and ingots. Termotemporal conditions of the process realization in response to various dimentions of siphon gate. The distinctive feature of the offered devises is the sealing of gate system from the environment at the expense of filled alloy that hardens under duress before formation of the metal layer of a given thickness. Physical and mathematical models of the metal hardening process in the sprue device system for gas input were developed. To adapt the model, data of experimental investigations of the process of form heating and metal crystallization in the sprue were used. Termotemporal conditions of metal hardening in the opening between the central refractory pipe and the pipe cooler have been established.
Different variants of design devices ensuring sealing of gate from the environment, gas input and subsequent replacement of metal were developed.
That will improve shrinkage feeding of an axial zone for cast, ensure the opportunity to carry out gas impuls treatment of metal in the foundry form, blowing of crystallining alloy with inert gas or gas with modifyng powders.
Key words: gate system, melt, gas dynamic replacement, casting, device, technology, gas forming substance, research, temperature field, kinetics of hardening, mathematical model.