Masy termoizolacyjne na osłony nadlewów

ZESZ YT Y N A U K O W E P O LI TECHNIKI ŚLĄS KI EJ

Seria: M E C H A N I K A z. 56 N r kol. 437

_ _ _ _ _ _ _ _ 1 9 7 5

St an i sł aw JURA, Andrzej K O W A L I K Instytut Od le w n i c t w a

MASY T E R M O I Z O L A C Y J N E NA OSŁONY N A D L E W Ó W

S treszczenie. Opracow an o te c hn o l o g i ę w y t w a r z a n i a mas spienionych.

Po r ów na no p r z e wo d ni ct wo masy spienionej z m a s ą f o r m i e r s k ą oraz sprawd zo n o s k ut ec zn o ść d z i a ła ni a n a d l e w ó w i z o l o w a n y c h tą m a s ą . S t w i e r ­ dzono, że dzięki zas to so wa n iu n a dl e w ó w i z o l o w a n y c h c i e p l n i e mas ą spienioną, w z r a s t a u z y s k m etalu z 40 do ok. 70®.

1. Wstęp

Po d st a w o w ą f u n k c j ą nadle wu jest kompen s ac ja skurczu o b j ę t o ś c i o w e g o o d ­ lewu podczas jego krzepnięcia. A b y n a d l e w spełniał to zad an i e p o w i ni e n krzepnąć później n i ż za si la ny p r ze z ni eg o o dl ew (węzeł cieplny). P r z e d ł u ­ żenie czasu k r z e p n i ę c i a nadl ew u p owoduje w z r o s t skute cz no ś ci jego d z i a ł a ­ nia. W t y m celu w y k o r z y s t u j e się efekt eg zo te r m i c z n y o s ł o n lub stosuje się i z o la cj ę c i e p l n ą nad le wu . D ot yc h cz as s to s owane m a s y i z o l a c y j n e oparte są n a osnowie m a t e r i a ł ó w o m n i e j s z y m p r z e w o d n i c t w i e c i e p l n y m n iż ma sa formierska. Najc zę śc ie j stosuje się ziemię (o k r z e m k o w ą ) * gip s lub p e r l i t . W pracy [ i ] w s p o m i n a się o możliw oś ci zast os ow a ni a w e r m i k u l i t u jako materia­

łu iz olacyjnego. S to s owane są również masy ze z w y k ł y c h m a t e r i a ł ó w f o r m i e r ­ skich z d o d a t k i e m znacznej i lości t r o c i n [

2

ne.

P rowadzone są b a da n ia n a d z a s t o s o w a n i e m n o w y c h t w o r z y w na o s ł o n y izola­

cyjne na dlewów. Stosowanie osłon i z o l a c y j n y c h z gipsu p i a n k o w e g o l u b wa t y żużlowej [ 3] p o woduje k i l ka k ro tn e p r z e dł u że ni e czasu k r z e p n i ę c i a m e t al u w nadlewie. W p r a c y

[4

zotermicznej stanowi w ó w c z a s t ylko p ew ie n u ł a m e k czasu k r z e p n i ę c i a n a d l e ­ wu, po c z y m strat y cieplne k s z t a ł t u j ą się podobnie j ak w n a d l e w a c h otoczo­

n y c h m a s ą formierską.

Szersze zas to so w an ie t e r m o i z o l a c y j n y c h o sł on n a d l ew ó w p o z w a l a u z y s k i ­ wać w o dl ew n i a c h znaczne oszc zę dn o śc i meta lu przez o b n i że ni e wie l ko śc i nadlewów.

8 4 S t a n i s ł a w J u r a , A n d r z e j K o w a l i k

2. W y t w a r z a n i e mas spie ni on yc h na o s ło ny izola cy jn e na dl ew ów

C el em p r a c y jest opra c ow an ie tech no lo gi i w y t w a r z a n i a m*s spie ni on y ch oraz spra w dz en ie prze wo dn o śc i wytypowanej ma sy i sk ut eczhości działania n a d l e w ó w i z o l o w a n y c h osłonkami z tej masy.

W ła sności m a s y spienionej, jak prze wo dn oś ć i wytrzymałość, są funkcją zawart oś ci oraz r o zm ie s z c z e n i a p ę c h e r z y k ó w p o w i e t r z n y ch . Na jk or z ys tn ie j sz e w ł a s n o ś c i p o s i a d a masa o d r o b n y c h i r ó w n om ie rn i e r o z ł o ż o n y c h porach. Na p o d s t a w i e w s t ę p n y c h urób przyjęto, że cięż ar pozor n y mas s p ie n io ny ch wi-

3 3

ni e n się z a w ie ra ć w g r a n i c a c h od 0,4 G / c m , do 0,5 <5/cm . W a r un e k ten za­

p e w n i a o dp o wi e d n i e wł as no śc i izolacyjne oraz d o st at ec z ną wytrzymałość.

J e d n y m z w a ż n i e j s z y c h za ga d n i e ń w y s t ę p u j ą c y c h p r z y w y tw ar z an iu p o ro wa ­ tych mas i z o l a c y j n y c h jest mec ha ni k a w y t w a r z a n i a piany. Trwałość piany m u ­ si być w i ę k s z a niż okres czasu m i ę d z y w y t w a r z a n i e m piany a p o c z ą t k i e m jej w i ą z an i a. T r w a ł o ś ć p i a n y jest u w a r u n k o w a n a d o b or em deterg e nt u bądź m i e s z a ­ niny d e t e r g e n t ó w oraz pa ra m e t r ó w spieniania. Obserw ac j e wykazały, że za­

leży ona od w i e l k o ś c i p ę c h e r z y k ó w piany. Im m niejsze są one, t y m w i ę k s z a jest tr wa ł o ś ć piany. We w ł a s n y m zakresie opraco wa n o szereg m ie szadeł do w y t w a r z a n i a piany. N aj lepsze wynik i osiągnięto pr zy zastosowaniu m i e s z a ­ dła tarcz ow e go . W y tw ar z an ie masy n a s t ę p o w a ł o w dwóch etapach. W pie r ws zy m s pi eniano składniki ciekłe (szkło wodne, wo d ę i detergenty) przy p rędko­

ści obwodowej m i e s z a d ł a ok, 12,3 m/s przez 180-240 sekund. Po osiągnięciu w y m a g a n e g o sto pn i a sp ie ni e n i a s kł ad n ik ów c i e k ł y c h ( ~ 5,5 x) stopniowo do­

dawano sk ła dniki suche (drobnozia rn is t a osnowa oraz m ie sz a ni na cementów) u p r z ed n io w s t ę p n i e wy mieszane. Po dodaniu składn ik ów such yc h masę m i es z a­

no przez p e w i e n czas w celu jej u je dnorodnienia. Ł ą czny czas mieszania w y n o s i ł 210 - 270 sekund. T ak w y t w o r z o n ą ma są zalewano formy p r ób ek do ba d a ń w y t r z y m a ł o ś c i . Wyni ki p o m ia ró w cię ża ru po zo rnego i wy tr zy m ał oś ci na ściskanie n i e k t ó r y c h mas s pi en i o n y c h p r z e d st aw io n o w tab l ic y 1,

Z w y t w o r z o n y c h mas do d a l sz y ch b ad ań w yt yp o w a n o masę "M", ce ch u ją cą się d os ta t e c z n ą w y t r z y m a ł o ś c i ą na ściskanie przy m a ł y m ci ęż a rz e pozornym. M a ­ sa ta w i ą ż e dość szybko. Po 20 do 30 min. od chwili w y t w o r z e n i a formy r o z ­ bier an o bez o ba wy us zk o d z e n i a próbek.

3. B a da ni a p r z e w o d n i c t w o cieplnej masy spienionej

B ad an ie pr ze wo d n o ś c i cieplnej m a s y spienionej w y k on an o na u rządzeniu do o z n a c z a n i a pr zepływu ciep ła systemu B o c k ’a typ 4110. Do b adań użyto p ł y t y wy k on an ej z ma s y spienionej o w y m i a r a c h 240x240x45 mm. Dla porów na ­ n i a d ok o n a n o p o m i a r ó w przewodności ma sy formierskiej (osnowa-piasek kwa r­

cowy z K r ze sz ó w k a ) . Wyniki b a d a ń zamie sz c zo no w tablicy 2. Ma sa spien i o­

na p o s i a d a b li s ko 4- kr o tn ie m n i ej s zą p rz e wo dn oś ć c i e pl ną niż masa form i er - ska, co daje m o ż l iw o ść iz olacji cieplnej nadlewu z osłonkami z tej masy.

T a b l i c a 1

M a s y t e r m o i z o l a c y j n e a a o s ł o n y n a d l e w ó w _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 8 5

W yt rz y m a ł o ś ć n a ściskanie i c i ęż a r p o z or ny mas sp i en i o n y c h

Oznacz en i e

masy R2 4h [kG/c m2 ] R24h

Rc śr h

[ G/cm3 ]

D

2.95

3,2

0.65

0 ,6 8

3.25 0.69

3.40 0.70

P

0 r1 1

0,12

0,32

0,13 0.32 0,33

0.13 0.35

S

0.42

0,40

0.40

0 ,3 8

0,44 0,38

0,34 0,35

M

1.30

1 ,28

0.48

1 .20 0.45 0,46

1.35 0,44

T a b l i c a 2

P o m i ar y w s p ó ł c z y n n i k a p rz ew o d n o ś c i cieplnej mas Rodzaj m a s y

?

i kcal 1

"L h . m °C

J

f or mi e r s k a

0 .420

0,416 0.410

0.419

s p i e ni on a "M"

0.110

0,107 C.1G5

0.107

4. Bada ni e skut e cz no śc i d z i a ł a n i a n a d l e w ó w z os ło nkami t e r m o i z o la c yj ny mi

B a d a n i a s k ut ec z no śc i d z i a ł a n i a n a d l e w ó w p r z e p r o w a d z o n o n a w a ł k a c h o średnicy 94 m m i długości 180 mm- Do z as il a ni a w a ł k ó w z a st os o wa no nad l ew y w k s z t ał ci e s t oż ka ściętego o śr ednicy dolnej 94 m m i górnej 72 m m oraz w ys ok o śc i 110 mm. Zastosowano dwa rodza j e o s ł on ek t e r m o i z o l a c y j n y c h z m a ­ sy "M" o s ło nk a "A" o gru bo śc i ścianki bocznej d = 30 mm, o s ło n ka "B" o g rubości ścianki bocznej d + 45 mm. W form i e u m i e s z c z o n o tr zy wałki z a l e ­ wane ze w s p ó l n e g o wlewu. Zasilano je kolejno, n a d l e w e m bez o s ł o n y i z o l a - cyjnej oraz na dl ew a mi iz o lowanymi o s ło nkami "A" i "B". Do p o m i ar u t e m p e r a ­ tury m et a lu w n a d l e w a c h użyto te rm op a r Ni-Crlti. W celu o c h r o n y t e r m op ar

8b S t a n i s ł a w J u r a , A n d r z e j K o w a l i k

p rz ed b e z p o ś r e d n i m z e tk ni ę ci em się z c i e k ł y m m e ta le m zastosowano osłony z r u r e k s t a l o w y c h z a s k le pi o ny ch n a j e dn ym końcu. T e rm op ar y w r a z z osłonami w p r o w a d z o n o do osi wałk ów .

Rys. 1. Pr oces st yg n ię ci a a l u m i n i u m A2 w nadlewach:

1 - bez osłonki, 2 - z o s ło nk ą "A", 3 - z o s ło nk ą "B"

Rys. 2. Proces s t yg ni ę c i a brątu a lu mi niowego BA1032 w nadlewach:

1 - bez osłonki, 2 - z o s ł o nk ą " A 1, 3 - z osł on ką "B"

M a s y t e r m o i z o l a c y j n e n a o s ł o n y n a d l e w ó w 8 7

Od l eg ło ść k ońców o s ło ne k od p ła sz c zy zn y podziału c d le w -n ad le w był a stała i w yn os i ł a 50 mm. Tak przygotowane formy zalewano a l u m i ni um A2 i br ązem a lu mi n i o w y m B1032. T e m pe r at ur y za l ewania w y n o s i ł y o d p o w i e d n i o rJ770°C i 1 20 0° C . W y k r e s y t e m p e r a t u r stygnąc yc h n a d l e w ó w w s k a z u j ą rys. 1 i 2, że za­

stosowanie os ło n t e r m o i z o la c yj ny ch pow od u je znaczne przedłużenie czasu k rz ep n ię ci a metalu w n a d l e w a c h izolowanych. Po odcięciu n a d le w ów wałki poddano oględzinom. W odle wa ch z as il a n y c h na dl ewami n i ei zo lo w an ym i zaob­

s erwowano is t nienie j a m s k ur cz ow y ch o głębok oś ci 30-50 mm. Natomiast w a ł ­ ki z n a d l e w ó w iz o lo w a n y c h były boz jam. Po wi e rzchnie zewnętrzne n a d l e w ó w i zo lo w an yc h b ył y silne znieksz ta łc o ne w s k u t e k sp ły ni ę ci a ci ekłego metalu do odlewu. P róby z a st os o wa ni a osłon e k te rm oi z o l a c y j n y c h n a d l e w ó w z mas spie ni o ny ch do o d l e w ó w s t al iw ny c h i że li wn y ch nie p o w i od ły się ze wzglę du na n i s k ą og ni o t r w a ł o ś ó masy.

5. Ana li za w y n i k ó w badań

Bada ni a p rz e wodności cieplnej wykazały, że masy spienione są dobrymi izolatorami ciepła, a ich w s p ó ł c z y n n i k p r z ew od z en ia jest 4- k rotnie m n i e j ­ szy n iż masy formier sk i ej . Z a n a li z y zapisu t em p er at ur p a n u j ą c y c h w n a d ­ lewach w y n i k a , ż e metal w n a d l e w a c h z osłonkami izolowanymi cieplnie k r ze p­

nie znacznie dłużej. W p rz ypadku zal ew an i a w a ł k ó w a l u m i ni um A.2, w zależ­

ności od rodzaju osłonki czas k rz e pn i ę c i a metalu w n a d l e w a c h jest (1,6 - 2,0 razy dłuższy, zaś przy zalewaniu b r ą z e m BA1032 - prawie 6-krotnie dłuż­

szy. Og lę dz i ny p rz ec i ę t y c h o d l e w ó w z n a dl ewami bez osło ne k w y k a z a ł y ist­

nienie j a m sk ur c z o w y c h w wałkach.

Wad tych nie st wierdzono w w a ł k a c h z na d le wa mi izolowanymi cieplnie. P a k ­ ty te w s k az uj ą n a znaczne po dn iesienie skuteczności d z iałania n a d le wó w przez zastosowanie osłon i zolacyjnych.

P rz eprowadzone o bl ic ze n ia wskazują, że przez zastosowanie ter mo iz o lo wa nych n a d l e w ó w uz ys k metalu dla przyjęt eg o modelu z większa się z 40% do 70%

Stosowanie n a d l e w ó w i z ol o wa ny ch masami spienionymi pozwoli uzyskać w od­

lewniach znaczne oszczędności metalu oraz zwiększy zdolność p r od uk c yj na odlewni.

6. Wnioski

P rz ewodność ciep ln a mas s pi e ni on yc h jest około 4 razy m n i ej sz a n iż ma­

sy formierskiej.

Z astosowanie o słon z tych mas do izolacji n a d l e w ó w znacznie przedłuża czas krze p ni ęc ia metalu w nadlewie, dzięki czemu można je zmniejszyć o ok.

50

Spienione m a s y n a d a j ą się jako izo la cj a ciep ln a n a d l e w ó w ze s t o p ó w alu­

minium i n i e k t ó r y c h stopów miedzi.

88

S t a n i s ł a w J u r a , A n d r z e j K o w a l i k

LITERA TU RA

[1] W. W ie rz chowski - Przegląd Odlewnictwa, 8-9, 1970, 288.

[2] W. Sakwa, T. Wachelko, E. Janicki - T e or i a i p r a k t y k a m a t e r i a ł ó w f o r ­ mierskich, "Śląsk" Katowice, 1969.

[3] J. B r o w n i inni - Brit. F o u n d r y m . , 7, 1972, 254.

[

4

TEPMOH30JHIÍH0HHHE MAC C U UJIfl 3A1HHTHHX KOütyXOB HPHEŁMEił

P e 3 10 u e

Ebma pa3paÓ oT aH a le x H O J io ra a nsroTO BJieH iia BcneHeHHux uacc.C paB H H B ajiocs. t s-

nJionpoBOAHOcib BcneHeHHoit u a c c u u $opMOBOvHOfi CMecH u Óhwa n p o B e p e s a ajxJieK- THBH0CTB B03flett0TBHa npHChUieft H30JIHpOBaHHHX 3 1 0 8 MaCCOfl. E m o yelaHOBJieHO,

v t o ó a a r o f l a p a npHMeHeHH» npaObuieft H 3 o a a p o B a H H ¡ t x BcneHeHHoft M aecoft B 0 3 p a c -

ia e T BKxofl ueT ajiJia c 40 flO o k . 70%

T H E R M O I S O L A T I N G S A N D S P OR C OATS TO FE ED HEADS

S u m m a r y

The pa pe r pr o vi de s the t echnology of pr od u c t i o n f o a mi n g liqu i d sands.

There were mad e compar i so n b e t w e e n heat cond u ct iv it y foa m in g l i q u i d sands and usual m o u ld in g sand. The e ss ential effect of the use th er m oisolating sand f o r coat to f e e d h e a d were i n crease y i e l d of metal f r o m 40 to 70%.