ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННАЯ СМЕСЬ И ЛИТЕЙНАЯ ФОРМА Российский патент 2010 года по МПК B22D7/10 

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.

Установлено экспериментально, что если в золе-унос суммарное содержание Na₂O, К₂О, СаО превышает 6,7 мас.%, то теплоизоляционную смесь получают с низкими физико-механическими свойствами.

Например, были изготовлены три образца смеси из Подмосковного угольного бассейна (Рязанская ГРЭС), первый с суммарным содержанием Na₂O, К₂О, 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/см².

В предполагаемом изобретении в качестве каменноугольной золы-унос используют золу-унос ТЭС с суммарным содержанием Na₂O, K₂O, СаО не более 5%, что обеспечивает высокие физико-механические свойства теплоизоляционной смеси и стабильность параметров технологического процесса ее изготовления.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Смесь готовят на основе золы-унос (60-80% мас.%) с плавкостью не менее 1300°С и суммарным содержанием Na₂O, К₂О, 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

В качестве каменноугольной золы-уноса использовали золу Рефтинской ГРЭС, работающей на каменном угле Экибастузского месторождения. Плавкость золы более 1500°С, а суммарное содержание Na₂O, К₂О, 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/ см³ Плотность на сжатие, кгс/ см² 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

Из таблицы видно, что плотность образцов из смеси по заявленному изобретению может меняться в пределах (0,82-1,2 г/см³), прочность на сжатие находится на уровне (30-70 кгс/см²), 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;

на фиг.3а и 3б обозначены параметры прибыли и теплоизоляционных брикетов, величины которых приведены в таблице 4 для различных диаметров прибылей - Д_п.

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_п/Д_п R_п/Д_п L_п=Д_п L_п=1,5Д_п L_п=2,0Д_п L_п=2,5Д_п L_п=3,0Д_п 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 Д_п 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.

Изобретение относится к литейному производству. Смесь содержит мас.%: ортофосфорную кислоту - 18-30, древесные опилки - 2-10, каменноугольную золу-унос ТЭС с плавкостью не менее 1300°С и суммарным содержанием Na₂O, К₂О, СаО не более 5% - остальное. Высокие теплоизоляционные свойства смеси обеспечивают увеличение выхода годного и экономию жидкого металла. Прибыльную часть литейной формы футеруют изнутри вышеприведенной теплоизоляционной смесью толщиной слоя 0,2-0,25 от диаметра прибыли. 3 ил., 4 табл.

1. Теплоизоляционная смесь для изготовления прибылей отливок и слитков в литейной форме, содержащая каменноугольную золу-унос теплоэлектростанции (ТЭС) и ортофосфорную кислоту в качестве связующего, отличающаяся тем, что дополнительно содержит древесные опилки, при этом в качестве каменноугольной золы-уноса используют золу-унос ТЭС с плавкостью не менее 1300°С и суммарным содержанием Na₂O, К₂О, СаО не более 5% при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Древесные опилки 2-10 Ортофосфорная кислота 18-30 Каменноугольная зола-унос ТЭС Остальное

2. Литейная форма, характеризующаяся тем, что ее прибыльная часть футерована изнутри теплоизоляционной смесью по п.1 слоем толщиной 0,2-0,25 от диаметра прибыли.