Способ прокаливания оболочковых форм по выплавляемым моделям Советский патент 1983 года по МПК B22C9/04 

оо го

да

Изобретение относится к литейному производству, в частности к литью по выплавляемым моделям.

Широко применяется прокаливание оболочковых форм по выплавляемым моделям нагревом в окислительной среде до 800-120о С 6 ч для удаления из форм остатков модельного состава и других органических составляющихfl

Однако высокие температуры вызывают структурные изменения материала форм, в результате снижается их прочность.

Известен- способ, позволяющий снизить температуру прокаливания форм за счет нагрева их в вакууме до температуры возгонки и кипения органических составляющих и повысить прочность формы 2 .

Однако вследствие, термического разложения органических составляющих форм в камере может создаваться взрывоопасная среда. Кроме того, испаряющаяся- Органика осаждается на внутренних полостях вакуумного оборудования. Это затрудняет обслуживание и сокращает срок службы установкн.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ прокалки керами.Че- , ских форм, включающий операцию нагрева в окислительной среде с последующим вакуумированием 3

Недостатки известного способа L2} устранены в нем, так как основная масса органических составлякщих форм удаляется и разлагается при. нагреве в потоке окислительного-газа. Продукт разложения (пиролиза) органики - сажистый углерод осаждается во всем объеме оболочковых форм закупоривая поры. Основным показателем качества прокаливания .являет-ся содержание остаточного углерода в оболочковых формах, что определяет их газопроницаемость и газотворностьо Удовлетворительное качество прокаливания достигается при содержании остаточного углерода 0,030,09% вес. Процесс удаления сажистого углерода можно условно разделить на 2 стадии: реакция горения (, окисление углерода ), удаление газообразных продуктов горения. При прокаливании оболочковых форм по выплавляемым моделям любым способом большая часть времени уходит на удаление сажистого углерода из пор керамики, так как туда затруднены доступ кислорода и удаление продуктов горения.

Прокаливание в вакууме после сжигания органики в потоке окислительного газа Сз. не может обеспечить высокой скорости удаления сажистого углерода, так как наряду с ускорением 2-.6й стадии процесса, низкое парциальное давление кислорода не мо

жет обеспечить интенсивной реакции горения 4 . Это является основной причиной недостатка прототипа - низкого качества и недостаточной скорости прокаливания форм.

Цель изобретения - сокращение врмени и повышение качества прокаливания за счет принудительной подачи окислительного газа в оболочковую форму и удаления из нее продуктов горения.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу прокаливания оболочковых форм по выплавляемым моделям, включающем их нагрев в потоке окислительного газа до 540-560°С, выдержку при этой температуре с последуюищм вакуумирование до остаточного давления 10 -г 100 мм рт.ст., сразу после достижения вакуума на оболочковую форму повторно воздействуют потоком окислительного газа, подаваемого при температуре прокаливания, 1-2 мин, причем цикл операций вакуумирование воздействие потоком окислительного газа в указанной последовательности повторяют 3-12 раз.

Замена длительной выдержки оболочковых форм по выплавляемым моделям (содержащих сажистый углерод, оставшийся после выжигания органических составляющих формы потоке окислительного газа в вакууме при 540-5бОс на повторное воздействие ротока горячего окислительного газа сразу после достижения вакуума и повторение цикла операций: вакуумирование - воздействие потоком окислительного газа в указанной последовательности 3-12 раз, создае оптимальные условия для горения сажистого углерода. Принудительная подача горячего окислительного газа к нагретой форме чередуется с принудительным удалением продуктов горения, что позволяет значительно ускорить прокаливание и улучшить его качество.

Для определения оптимальных режимов прокаливания и уточнения их параметров ,на промышленной установке была проведена серия опытов. Удовлетворительно прокаленными считают оболочковые формы, содержащие менее 0,09% остаточного углерода.

Установка представляет собой шахтную печь сопротивления с герметичным кожухом и крышкой. Объем рабочего пространства печи О,4 м. Мощность печи - 18 квт. Вакуумная система состоит из насоса марки ВН-4Г, ресивера объемом 1 м и трубопровода D -100. Используют 2 типа проб различной сложности. Модели изготавливают из модельной массы ПС-50-50. Оболочковую форму попучают по обычной технологии из гидролизованного этилсиликата 40,

маршалита и кварцевого песка с вакуум-аммиачной cyiiJKOft. Наносят 4 слоя. Вытопку моделей производят в горячей воде. В качестве окислительного газа применяют сжатый воздух. Воздух подогревают, пропуская через змеевик, расположенный в рабочем пространстве прокалочной печи. Во всех опытах прокаливание проводят при оптимальной температуре в рабочем пространстве печи и температуре сжатого воздуха . Ограничение температурного интервапа 540-560 С сверху объясняется тем, что при в кварце происходит полиморфное превращение, которое приводит к растрескиванию оболочковой формы. Большое приближение к 573°С нежелательно из-за температурной неоднородности в рабочем пространстве печи (отдельные формы могут находится в более горячей зоне, чем термопара). При температуре ниже 540®С длительность ;процесса значительно увеличивается. Дпительность нагрева и выдержки в потоке окислительного газа перед вакуумированием составляет 15 мин, что является оптималь.ным режимом при работе установки в интервале 54р-560 С. Так как температура самовоспламенения наиболее употребляемых органических компонентов модельного состава и оболочковой формы ниже , при прогреве формы до температуры самовоспламенения Ьрганические составляющие возгораются и за указанное время газифицируются с образованием сажистого углерода, оседающего в порах и на поверхности формы. Увеличение времени до 20 Мин при 540-5бО С не

приводит к улучшению качества прокаливания при увеличении общей длительности процесса. Критерием каче с тва служит содержание остаточного углерода (.С.) , определенного путем дожигания

Зависимость качества и длительности прокаливания д от остальных технологических пар етров по предJiaraeMOMy способу,а также по способупрототипу Гз и аналогу 2 приведена в таблице.

Продолжение таблицы

СПОСОБ ПРОКАЛИВАНИЯ ОБОЛОЧКОВЫХ ФОРМ ПО ИЛПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ, включающий нагрев оболочковых форм до 540-560°С в потоке окислительного газа, выдержку и последующее их вакуумирование до остаточного давления 10-100 мм рт.ст., отличающийся тем, что, с целью сокращения времени и улучшения качества прокаливания за счет принудительной подачи окислительного газа в оболочковую форму и удаления из нее продуктов горения, на оболочковую форму сразу после достижения вакуума повторно воздействуют потоком окислительного газа, подаваемого при температуре прокаливания в в течение 1-2 мин, причем цикл операций вакуумирование - воздействие потоком окислительного газа в указанной последовательности, повторяют 3-12 раз.

По прототипу

14 15 15 16 30 15

По аналогу

16

31 Примечание. Т Сл Сз VQСост Проба 1 Проба 2 Продолжительность воздействия окислительным газом 1ри циклической обработке (Г) составляет 1-2 MIJH. Опыты № 1 и 2 показывают, что длгя достижения одинакового качества про каливания время 2 для форм сложной конфигурации должно быть большим, чем для форм простой конфигурации причем iXj 1-2 мин обеспечивает необходимое качество прокаливания при любой конфигурации формы. Увеличение Т2 больше 2 мин приводит к увеличению общей длительности процесса при незначительном повышении качества прокаливания (опыты № 7 и 8). Уменьшение tu не менее 1 мин (опыт № 6 ) приводит к недопустимому снижению качества прокаливания. Ско рость удаления сажистого углерода в предлагаемом процессе пропорциональна глубине вакуума, но создани вакуума глубже остаточного давления 10 мм рт.ст. требует более длительного времени и повышения герметичности печи, что существенно усложняет ее конструкцию, С другой стороны эксперименталь ные данные показывают, что увеличение остаточного давления при вакуумировании ,(РО(У|-) приводит к непропорциональному ухудшению качества

.40 31,0 0,080 40 45,0 0,040

40

31,0 0,040 время, требуемое для вакууг/мрования до нужного остаточного давления (по прототипу и аналогу вместе с в адержкой под вакуумом). время воздействия окислительным газом при циклической обработке (по прототипу время предварительного воздействия окислительным газом). время на проведение, цикла. продолжительность ;прокалки.. предельное остаточное давление при вакуумировании. средний по 5 опытам. сложная. простая. прокаливания при некотором сокращении общей длительности процесса за счет сокращения времени вакуумирования (Т). Так если при остаточном давлении равном 100 мм рт.ст. достигнуто удовлетворительное качество прокаливания, то при остаточном давлении равном 150 мм рт.ст. остаточный углерод выше допустимого (опыты № 3 и 4). Исходя из изложенного, установлены пределы остаточного давления при вакуумировании - i 10-100 мм рт.ст. Определено количество циклов (3-12 раз), обеспечивсцощее удовлетворительное качество прокаливания независимо от сложности пробы и предъявляемых к ним требований (опыты № 2, 9 и 11). Увеличение количества циклов больше 12 нецелесообразно, так как при 12 циклах обеспечивается высокое качество прокаливания даже на формах сложной конфигурации (опыт № 9. Опыт показывает, что увеличение количества циклов до 15 не приводит к снижению содержания по сравнению с прокаливанием, включающем 12 циклов, (опыты 9,10). Необходимо отметить , что при содержании остаточного углерода меньше 0,01% его дальнейшее снижение мало влияет на ка10113чество формы. Уменьшение количеотва циклов меньше 3-х не обеспечивает требуемого качества прокаливания как на сложных, так и на простых формах (опыты 12 и 13). Сопоставляя результаты опытов, при-5 веденных по.предлагаемому способу. по способу прототипу и по способуаналогу, можно отметить, что при одинаковой продолжительности прокаливания предлагаелый способ обеспе-10 чивает качество (опыты 1, 14 и 16); для обеспечения-одинакового качества прокгшивания предлагаемый способ требует меньшего времени (опыты 5, 15 и 16). 6 Предлагаемый способ по сравнению с известными техническими решениями увеличивает производительность устаиовки для прокаливания оболочковых форм по выплавляемым моделям, улучшает качество прокаливания. Ожидаемый экономический эффект от использования 70-100 руб на тонну литья. Он может быть получен за счет экономии электроэнергии, производственных площадей, опок и снижения брака отливок по непрокалу. Предлагаемой способ целесообразно использовать в литье по выплавляемым моделям, преимущественно в холодную Форму.