ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ 1991
S e r i a : HUTNICTWO z . 36 Nr k o l . 1063
Z d z i s ła w KUDLIŃSKI I n s t y t u t M e t a l u r g i i P o l i t e c h n i k i Ś l ą s k i e j
ROLA ZASYPKI W PROCESIE ODLEWANIA WLEWKÓW STALOWYCH
S t r e s z c z e n i e . Rola z a sy p e k w p r o c e s i e od le w a n ia s t a l i do w lew nic . P o d z i a ł za sy p e k w z a l e ż n o ś c i od i c h p r z e z n a c z e n i a . Wymagania w z a k r e s i e w ł a s n o ś c i f i z y c z n y c h . Z ja w is k a fiz y k o -c h e m ic z n e na g r a n i - J- c a c h p o d z i a ł u c i e k ł a s t a i - ż u ż e l zasypkowy¡oraz c i e ^ ł a j s t a l ^ c i ą n k ą w le w n ic y .Mechanizm t w o r z e n i a s i ę wad powierzchniowych wlewków s t a l i u s p o k o j o n e j . Wyniki badań l e p k o ś c i dynam icz nej i g ra n ic z n e g o k ą t a z w i l ż a n i a za sy p e k i z o l a c y j n o - s m a r u j ą c y c h prze znac zonyc h do odle w a
n i a s t a l i sposobem syfonowym o r a z z a sy p e k ochronnych, p rz e z n a c z o n y c h do o d l e w a n i a ( s t a l i sposobem z g ó r y . Ocena wyników badań i j a k o ś c i w ytw arza nych z a s y p e k . Próby przemysłowe o d le w a n ia s t a l i sposobem z g ó ry wewlewkijo m a s ie 1 2 ,2 t z za sto so w a n iem zasypki o c h r o n n e j . Ocena j a k o ś c i p o w i e r z c h n i wlewków, s t o p n i a z a n i e c z y s z c z e n i a s t a l i w t r ą c e n i a m i n i e m e t a l i c z n y m i o r a z w ł a s n o ś c i m e cha nicz no-w ytrzym ało- śc io w y c h s t a l i . S tw ie r d z o n o pozytywny wpływ sto s o w a n ia z a sype k o c h r o n n y c h w p r o c e s i e o d le w a n ia s t a l i sz ynowej w gatunku St90PA sposobem z góry na j a k o ś ć wlewk'ów i w ł a s n o ś c i s t a li.U z y s k a n o zraniej-,
s z e n i e wybraku s t a l i z t y t u ł u ł u s k i na d ro d z e k ę s i s k o - s z y n a o r a z wyeliminowano wybrak szyn z powodu n eg a ty w n ej próby Baummana.
1 . W s tę p
P ro c e s o d le w a n ia wlewków s t a l o w y c h c h a r a k t e r y z u j e s i ę znacznymi s t r a ta m i s t a l i . D oty czy t o s z c z e g ó l n i e s t a l i u s p o k o j o n e j . Tworząca s i ę we wlewkach s t a l i u s p o k o j o n e j p i e r w o t n a jama skurczowa j e s t powodem dużego odpadu s t a l i p o d c z a s w s t ę p n e j p r z e r ó b k i p l a s t y c z n e j wlewków, n a t o m i a s t wady p o w i e r z c h n i wlewków: ł u s k a , z a f a ł d o w a n i a i z a w i j a k i eą p r z y c z y n ą wy
b r a k u półwyrobów, a nawet gotowych wyrobów h u t n i c z y c h . Jednym z r a c j o n a l n y c h sposobów poprawy j a k o ś c i wlewków s t a l i u s p o k o j o n e j , bez w zględu na s p o s ó b n a p e ł n i a n i a w lew nicy-syfonow o lu b z g ó r y , j e s t sto s o w a n ie w p r o c e s i e o d le w a n ia o d p o w ied n ich z a s y p e k , k t ó r e z m i e n i a j ą warunki tw o r z e n i a s i ę w arstw y p r z y p o w ie r z c h n io w e j wlewka ( n a s k ó r k a ) podczas k r z e p n i ę c i a i e l i m i n u j ą wady p o w i e r z c h n i r o b o c z e j ś c i a n k i w lew nicy. O s i ą g n i ę c i e po
wyższego c e l u j e s t możliwe t y l k o w p rz y p a d k u s to s o w a n ia zasypek o wyma
ganych w ł a s n o ś c i a c h f i z y c z n y c h i ch e m ic zn y c h , zgodnych z i c h p r z e z n a c z e niem.
J52 Z. K u d liń sk i
Rys.1 Schemat wzajemnego o d d z i a ł y w a n i a s t a l i i ś c i a n k i wlewnicy w c z a s i e syfonowego o d l e w a n i a s t a l i
2 . K l a s y f i k a c j a za sy p e k
Stosowane w p r o c e s i e t r a d y c y j n e g o o d le w a n ia s t a l i u s p o k o jo n y c h z a s y p k i można p o d z i e l i ć na t r z y podstawowe g ru p y :
a) z a s y p k i i z o l a c y j n o - s m a r u j ą c e , p r z e z n a c z o n e do syfonowego o d le w a n ia s t a l i ,
b) z a s y p k i o c h ro n n e i o c h r o n n o - r a f i n a c y j n e używane p r z y o d le w a n iu s t a l i do wlew nic sposobem z g ó r y ,
c ) z a s y p k i o c i e p l a j ą c e ( t z w . l u n k i e r y t y ) , p r z e z n a c z o n e do o c i e p l a n i a l u s t r a s t a l i w n a d l e w i e bez względu na s p o s ó b o d le w a n ia wlewków.
Podczas syfonowego o d le w a n ia s t a l i za sy p k a i z o l a c y n o - s m a r u j ą c a c h r o n i l u s t r o s t a l i we w lewnicy p r z e d nadmiernym wypromieniowaniem c i e p ł a i u t l e n i a j ą c y m o d d z ia ły w a n ie m a t m o s f e r y . Utw orzona z z a s y p k i , b ę d ą c e j w b e z p o ś re d n im k o n t a k c i e z c i e k ł ą s t a l ą , w arstw a c i e k ł e g o ż u ż l a s p e ł n i a r o l ę c z y n n ik a sm a ru j ą c e g o r o b o c z e j p o w i e r z c h n i ś c i a n k i w le w n ic y , e f e k te m czego pomiędzy p o w i e r z c h n i ą wlewka i ś c i a n k ą w lewnicy p o w s t a j e żużlowy g a r n i s a ż - r y s . 1 . G a r n i s a ż , w y p e ł n i a j ą c p o ry i n i e r ó w n o ś c i r o b o c z e j p o w i e r z c h n i ś c i a n k i w lew n ic y , z a b e z p i e c z a n a s k ó r e k wlewka p r z e d hamowanym sk u rcz em , a p o w i e r z c h n i ę wlewka p r z e d wadami p o w i e r z c h n i ś c i a n k i w le w n ic y .
R o la z a s y p k i . . . 63
R y s . 2 Schemat w s p ó ł d z i a ł a n i a s t a l i , ż u ż la i ś c i a n k i wlewnicy p r z y o dle w a
n i u s t a l i sposobem z g ó r y : a ) l i k w i d a c j a rozprysków s t a l i , b) l i k w i d a c j a za w ija k ó w , 1 - ł u s k a , 2 - r o z p r y s k i s t a l i , 3 - s t r u m i e ń s t a l i , 4 - c y r k u - l u j ą c a s t a l we w lew nicy, 5 - r o z p r y s k i s t a l i i ż u ż l a , 6 - w arstw a ż u ż l a
na p o w i e r z c h n i s t a l i , 7 - nas k ó re k wlewka
Przyj o d le w a n iu s t a l i sposobem z góry r o l a z a s y p k i o c h r o n n e j l u b o c h r o n - n o - r a f i n a c y j n e j j e s t t a k a sama j a k z a s y p k i i z o l a c y j n o - s m a r u j ą c e j . W c z a s i e n a p e ł n i a n i a wlewnicy s t a l ą , p o w s ta ły z z a s y p k i ż u ż u e l j t ł u m i e n e r g i ę k i n e t y c z n ą s t r u m i e n i a w o b s z a r z e w e j ś c i a do s t a l i wlewka o r a z o g r a n i c z a f a l o w a n i e l u s t r a a t a l i we w lew n ic y .
M Z . K u d l i ń s k i Część ż u ż l a z a s y p k i , razem ze s tr u m i e n i e m s t a l i , wprowadzana j e s t do w n ę trz a c i e k ł e g o wlewka, k t ó r y po c h w i l i wypływa na p o w i e r z c h n i ę w wyniku c y r k u l a c j i s t a l i i o d p o w ied n ich w ł a s n o ś c i p o w ie r z c h n io w y c h . P rzy doborze w łaściw e go s k ł a d u chemicznego z a s y p k i p o w s t a ł y z n i e j ż u ż u l może p o s i a d a ć r ó w n i e ż z d o l n o ś c i r a f i n a c y j n e - r y s . 2.
Zlasypka o c i e p l a j ą c a pokrywa l u s t r o s t a l i w n a d l e w i e wlewka w c z a s i e k r z e p n i ę c i a . P rz e w a ż a ją c a c z ę ś ć c i e p ł a r e a k c j i e g z o t e r m i c z n e j s p a l a n i a z a s y p k i p r z e c h o d z i do n ad lew u , co z w ię k s z a w sk aź n ik p r a c y c i e p l n e j n a d - lewu. Efektem d o b r e j p r a c y c i e p l n e j nadlewu j e s t k o r z y s t n a , z m e t a l u r g i cznego p u n k tu w i d z e n i a , m a k r o s t r u k t u r a nadlewowej c z ę ś c i wlewka - p i e r w o t t n a jama skurczowa p o s i a d a k s z t a ł t c z a s z y i m a łą g ł ę b o k o ś ć z a l e g a n i a [ i ] ,
3 . iZ iawiska f i z y k o - c h e m i c z n e na g r a n i c y p o d z i a ł u ż u ż e l z a s y p k i - c i e k ł a
B e z p o ś r e d n i k o n t a k t c i e k ł e j s t a l i z p o w i e r z c h n i ą ś c i a n k i w lewnicy zw ią zany j e s t z tw o rze n iem s i ę m e nisku wypukłego o o k reślo n y m p r o m i e n i u R i w y so k o śc i h - r y s . 1a. W ielk o ś ć wym ie nio nych para m etró w m e nisku z a l e ż y od w ł a s n o ś c i f i z y k o c h e m i c z n y c h s t a l i i para m etró w t e c h n o l o g i c z n y c h p r o c e s u o d l e w a n i a , z k t ó r y c h za n a j w a ż n i e j s z e uważa s i ę [ 2 , 3 ] *
- t e m p e r a t u r ę i s z y b k o ś ć o d le w a n ia s t a l i , - s k ł a d chemiczny s t a l i ,
- i n te n s y w n o ś ć c h ł o d z e n i a l u s t r a s t a l i we w lew n ic y .
Promień menisku j e s t f u n k c j ą z w i l ż a l n o ś c i ś c i a n k i w lew nic y p r z e z c i e k ł ą s t a l . J e d n a k w w arunkach p r o c e s u o d le w a n ia s t a l i do w lew nic k ą t z w i l ż a n i a u l e g a ć b ę d z i e zmianom w t a k i m s t o p n i u , w j a k im z m i e n i a j ą s i ę w ł a s n o ś c i f i z y c z n e i chem iczne s t a l i p o d c z a s o d l e w a n i a . Według Jefimowa [[4] prom ień m enisku można o k r e ś l i ć wzorem:
g d z i e : 6 g - n a p i ę c i e p o w ierz ch n io w e s t a l i ,
<p - g ę s t o ś ć s t a l i ,
g - p r z y ś p i e s z e n i e z i e m s k i e .
Przy n a p i ę c i u powierzchniowym s t a l i £>s = 1800 dyn/cm, w t e m p e r a t u r z e 1810 K, prom ień menisku b ę d z i e w y n o s i ł R = 0 , 7 2 cm. Wraz ze w zrostem t e m p e r a t u r y s t a l i p ro m ie ń m enisku b ę d z i e m a l a ł . Podobny- wpływ na zmianę p r o m i e n i a m enisku w y w ie r a j ą p i e r w i a s t k i p o w ie r z c h n io w o ak ty w n e , t a k i e j a k s i a r k a , mangan, miedź i t p . Przy R->-0 tw orzy s i ę g ł a d k a i równa p o w i e r z c h n i a wlewka. W c z a s i e o d le w a n ia s t a l i w a ru n k i t w o r z e n i a s i ę m enisku u l e g a j ą z m i a n i e . Pod naporem p o d n o sz ą c e g o s i ę s ł u p a s t a l i p ro m ie ń i wyso
k o ś ć m enisku z w i ę k s z a j ą s i ę , co może do p ro w a d z ić do p r z e r w a n i a n a s k ó r k a m enisku 1 z a l a n i a j e g o g ó r n e j p o w i e r z c h n i s t a l ą - r y s . 1b.
s t a l
C 1 )
R o la z a s y p k i . . 65
J e s t t o J e d e n z p rzy k ła d ó w mechanizmu powstawania wad pow ierzchniow ych wlewków, o k r e ś l o n y c h nazwą za w ija ków . I s t n i e n i e c i e k ł e j warstwy ż u ż l a na p o w i e r z c h n i s t a l i , p o c h o d z ą c e j ze s t o p i o n e j z a s y p k i , zmienia w arunki z w i l ż a l n o ś c i na g r a n i c y w l e w n i c a - s t a l ; z m n ie j s z a s i ę wypukłość menisku i w i e l k o ś ć n a p r ę ż e ń m e c h a n ic z n o - t e r m ic z n y c h w warstw ie n askórkow ej wlewka.
S ta n c i e p l n y l u s t r a s t a l i utrzymywany j e s t p ra w ie na jednakowym poziomie[6]
Żużlowa w arstw a z a s y p k i , po k ry w a ją c a l u s t r o s t a l i we w lew n ic y , oczy
s z c z a j e g o p o w i e r z c h n i ę z w t r ą c e ń n i e m e t a l i c z n y c h - produktów w tó rnego u t l e n i a n i a s t a l i - d ro g ą a s y m i l a c j i . Szczegółowe w y ja ś n ie n i e te g o z j a w i s k a wymaga p r z e p r o w a d z e n i a o b l i c z e ń w i e l k o ś c i s i ł y p o tr z e b n e j do pokona
n i a s i ł n a p i ę c i a pow ierz chniow ego s t a l i p r z y p r z e j ś c i u w t r ą c e n i a p r z e z g r a n i c ę p o d z i a ł u c i e k ł a s t a l - c i e k ł a warstw a z a s y p k i . Podstawą t e g o z j a w i s k a j e s t f a k t z m n i e j s z a n i a n a p i ę c i a międzyfazowego na g r a n i c y s t a l - za sy p k a p r z e z w arstw ę c i e k ł e j z a s y p k i .
Wzajemne o d d z i a ł y w a n i e ż u ż l a z a s y p k i i s t a l i może p o s ia d a ć c h a r a k t e r p r o c e s u r a f i n a c y j n e g o . S z c z e g ó l n i e k o r z y s t n e w arunki do p r z e b i e g u t e g o t y p u p r o c e s u , pod warunkiem d o b o ru odpow iedniego składu chemicznego z a s y p k i , s ą p r z y o d le w a n iu s t a l i sposobem z g ó r y . Pomiędzy s k ł a d n i k a m i s t a l i ( n p . Mn, S i , A l, T i ) i ż u ż l a zasypkowego ( n p . S i 0 2 , CaO, AlgO-) możliwy j e s t p r z e b i e g n a s t ę p u j ą c y c h r e a k c j i u t l e n i a j ą c o - r e d u k c y j n y c h [7]»
2[Mn] + ( S 1 0 2 ) - [ S i ] + 2 (MnO) ( 2 )
3[Mn] + C A12 03 ) - 2 [Al] + 3 (MnO) (3 )
3 [Mn] + 2 (A120 3 ) - 4 [A l] + 3 ( S i 0 2 ) ( 4 )
Każdą z p r z e d s t a w i o n y c h r e a k c j i można z a p i s a ć w p o s t a c i sumy e le m e n ta r n y c h r e a k c j i d y s o c j a c j i t l e n k ó w l i u t l e n i a n i a s k ła d n ik ó w s t a l i , n p .»
2 (A lg O j) - 4 [A l] + 6 [ 0 ] ( 5 )
3 [ S i ] + 6 [O] . 3 ( S i 0 ) 2 (6 )
2 (A120 3 ) + 3 [ S i ] = 4 [A l] + 3 ( S i 0 2 ) ( 7 )
P r z e k s z t a ł c a j ą c r ó w n a n ia s t a ł y c h równowagi r e a k c j i ( 5 ) i ( 6 ) , można o k r e ś l i ć zmiany z a w a r t o ś c i danego s k ł a d n i k a s t a l i w z a l e ż n o ś c i od s k ł a d u chem icznego z a s y p k i i t e m p e r a t u r y p r z e b i e g u r e a k c j i . Przykładowo, równo
wagowa z żużlem za sy p o w y m z a w a r t o ś ć aluminium w s t a l i wynosi»
l g [ A l J -
\
l g Ka1 +\
l g aA l2o3 + 3 l g Rs i + fK o r z y s t a j ą c z p r z e d s t a w i o n e g o u k ła d u równań, można o k r e ś l i ć w a r u n k i , przy k t ó r y c h o d le w n i e s t a l i z u d z ia łe m z a s y p e k ( z w ł a s z c z a sposobem z g ó r y ) n ie spowoduje zmiany sk ła d u chem icznego s t a l i .
¡66 Z. K u d liń sk i
4 . Wyniki b ad a ń w ł a s n o ś c i zasypek
B adaniami o b j ę t o t r z y r o d z a j e za sy p e k i z o l a c y j n o - s m a r u j ą c y e h , o nazwie h an d lo w e j S y n te x , PM—1 » IW-1 o r a z za sy p k ę o c h r o n n ą o symbolu ZOP, p r z e z n a c z o n ą do od le w a n ia s t s l i sposobem z g ó r y . Z akres b ad a ń obejmował wyko
n a n i e :
- a n a l i z y s k ł a d u chemicznego z a s y p e k ,
- pomiarów t e m p e r a t u r p o c z ą t k u i końca t o p i e n i a , - pomiarów l e p k o ś c i d y n a m ic z n e j ,
- pomiarów g r a n i c z n e g o k ą t a z w i l ż a n i a
- pomiarów z d o l n o ś c i i z o l a c y j n e j metodą C a r b i t e c . Otrzymane w y n ik i badań z e s ta w io n o w t a b l i c y 1.
W ła sn o śc i chemiczne z a sy p e k i z o l a c y j n o - s m a r u j ą c y c h t y p u S yntex i IW-1, poza z a w a r t o ś c i ą w ę g la , s ą b a rd z o z b l i ż o n e : za sa dow ość z a s y p e k , m ie rz o n a s to s u n k ie m C a 0 /S i0 2 , k s z t a ł t u j e s i ę w g r a n i c a c h 0 , 3 2 8 - 0 , 3 3 0 . U d z i a ł s k ł a dników u p ł y n n i a j ą c y c h (K.,0 + Na20 + CaP2 ) w z a s y p k a c h w y n o s i: S y n te x - 7,7455, E7-1 - 6,10%. Zasypka i z o l a c y j n o - s m a r u j ą c a t y p u PM- 1 c h a r k t e r y - z u j e s i ę zdecydowanie n a j w y ż s z ą z a w a r t o ś c i ą w ęgla - 15,7455. S t ą d wynika j e j p r z e z n a c z e n i e do o d le w a n ia s t a l i węglowych. Z a w a rto ś ć s k ła d n ik ó w u p ł y n n i a j ą c y c h ÇK^O + E a 2Ó ) j e s t b a r d z o mała i w y n o si 2,2755 p r z y zasadowo
ś c i z a s y p k i 0 , 3 4 0 .
Zasypka o chronna ZOP p o s i a d a w swiom- s k ł a d z i e chemicznym 12,05»
sproszkow anego alu m in iu m , w c e l u o b n i ż e n i a do minimum s t r a t c i e p l n y c h od le w a n e j s t a l i zw ią za n y ch z r o z t a p i a n i e m z a s y p k i we w le w n ic y . Zasadowość z a s y p k i o c h r o n n e j j e s t duża i w y n o si 1 , 09% p rz y z a w a r t o ś c i skła d n ik ó w u p ł y n n i a j ą c y c h 7,85%.
Lepkość dynam iczna z a s y p e k w p r z e d z i a l e t e m p e r a t u r o d le w a n ia s t a l i o o b r a z u j e r y s . 3. Z a sy p k i i z o l a c y j n o - s m a r u j ą c e : S y n te x , IV/—1 , PM-1 c h a r a k t e r y z u j ą s i ę dużą l e p k o ś c i ą w t e m p e r a t u r a c h o d le w a n ia s t a l i , p r z y czym z a
sypka Pîî-1 w s p o só b zdecydowany r ó ż n i s i ę s w o ją c h a r k t e r y s t y k ą rj - temp.
od p o z o s t a ł y c h z a s y p e k i z o l a c y j n o - s m a r u j ą c y c h . Duża l e p k o ś ć dynam iczna b ad a n y ch z a s y p e k i z o l a c y j n o - s m a r u j ą c y c h , s z c z e g ó l n i e z a s y p e k IW- 1 i PM-1, o r a z duży j e j w z r o s t wraz ze z m n ie j s z e n ie m t e m p e r a t u r y w yklu cza i c h z d o l n o ś ć s m a r u j ą c ą . Lepkość dynam iczna z a s y p k i o c h r o n n e j ZOP w z a k r e s i e tem
p e r a t u r o d le w a n ia s t a l i j e s t m n i e j s z a od 1 , 0 Pa * 8. Z p r z e b i e g u krzy w ej z a l e ż n o ś c i rj od te m p e r a t u r y w id a ć d u ż ą s t a b i l n o ś ć l e p k o ś c i ż u ż l a z a s y p k i w p r z e d z i a l e sto s o w a n y c h t e m p e r a t u r o d le w a n ia s t a l i . Z p o ró w n a n ia wynik
ów b ad a ń l e p k o ś c i d y n am icz n ej z a s y p e k i t e m p e r a t u r końca t o p n i e n i a z a s y p u » z a w a r ty c h w t a b l i c y 1, wynika dość ś c i s ł a z a l e ż n o ś ć t y c h w i e l k o ś c i , np.w o d n i e s i e n i u do z a s y p k i PM-1.
G ra n ic z n e k ą t y z w i l ż a n i a z a s y p e k o k r e ś l o n o p r z y z a s t o s o w a n i u metody l e ż ą c e j k r o p l i z w y k o rz y s ta n ie m r ó w n a n i a ap r o k sy m u ją c e g o t y p u :
T a b l i c a 1
W yn ik i b a d a ń w ł a s n o ś c i c h e m ic z n y c h i f i z y c z n y c h z a s y p e k
Symbol z a s y p k i
S k ła d c h e m ic z n y % S t r a t ;
p r a ż e n i a
Temp t u r a n i e n
? r a - t op
i a
1 d I
e p k o ś ć ynam ic a . s ,
sna G ra n ic z n y k ą t z w i l ż a n i a
Końcowa I z o l a c y jn a Lp*
sio 2 A12 ° 3
F e2 ° 3 CaO KgO ł^O Ka20 CaF2 C %
P O C ZĄ '
tk u
°C c a
°C te m p . 1550°C
» te m p , 1500°C
tem p ,V
1450°C te m p .
1400°C kW/m2
1 2 3 4 5 6 7 6 r 1 l fZ' ' 13 14 T T 16 - T — ' 18 19
1 S y n t e i 4 6 ,6 4 8 ,9 2 1,B 5 1 6 ,0 2 ,9 2 1 ,6 4 5 ,9 0 '■ - 5 ,4 2 1 3 ,1 2 1110 1220 2 ,3 5 5 ,1 0 - 3 3 °3 4 2 0 ,6
2 . B4-1 5 3 ,5 4 1 6 ,8 5 5 .7 3 1 1 ,3 5 ,5 0 1 , 8 ? 0 ,4 0 - 1 5 ,7 4 2 2 ,1 2 1060 1330 7 ,1 0 1 0 ,3 0 - > 9 0 ° 1 8 ,3
3 IW-1 4 4 ,4 0 1 0 ,4 8 3 ,0 1 1 4 ,6 2 ,2 5 1 ,7 0 4 ,4 0 - 2 ,3 8 2 1 ,0 2 1100 1260 5 ,0 0 7 ,0 2 - 3 7 °5 8 1 9 ,9 :
4 ZOP 2 4 ,4 2 2 2 ,6 5 1 6 ,4 3 2 6 ,6 3 ,9 2 0 ,2 4 3 ,1 0 4 ,5 1 - - 1200 1260 0 ,7 3 1 ,0 0 1 ,4 3 4 ° 4 6 -
Rola zasypki
,68 Z. K u d liń sk i
R y s . 3 Lepkość dynam iczna z a s y p e k w z a l e ż n o ś c i od t e m p e r a t u r y
s i n ( 1 , 4 - O) = 2 , 8 --- 2— Zn (9)
2 Xo
^ z i e i XQ i ZQ - p a r a m e t r y k s z t a ł t u k r o p l i .
P ró b k i za sy p e k o w ym iarach 3x3x3 mm r o z t a p i a n o w m i k r o s k o p i e wysokotem
peraturow ym f ir m y L e i t z na p o d ł o ż u wykonanym z ż e l a z a Armco. Na p o d s t a w ie obrazów k r o p e l s t o p i o n y c h z a s y p e k dokonano pomiarów c h a r a k t e r y s t y
cz n y ch para m etrów k s z t a ł t u k r o p l i , a n a s t ę p n i e za pomocą wzoru ( 9 ) o b l i czono w i e l k o ś c i g r a n i c z y c h kątów z w i l ż a n i a . Z a sy p k i S y n te x i IW-1 z w i l ż a j ą p o d ł o ż e p r ó b k i , p r z y czym i c h s t o p i e ń z w i l ż a l n o ś c i j e s t r ó ż n y . Zasypka PK- 1 c h a r k t e r y z u j e s i ę b r a k ie m z w i l ż a l n o ś c i - k ą t 6 j e s t w ię k s z y od 9 0 ° . Zasypka och ro n n a ZOP c a ł k o w i c i e z w i l ż a p o d ł o ż a wykonane z ż e l a z a Armco - k ą t 6 j e s t b l i s k i z e r a .
Końcowa I z o l a c y j n a Wa r t o ś ć z a s y p e k i z o l a c y j n o - s m a r u j ą c y c h , m ie r z o n a w sk aź n ik ie m KIW kW/m2 w ynosi w g r a n i c a c h 1 8 , 3 - 2 0 , 6 kW/m2 . N i e w ie lk a r ó ż n i c a w i z o l a c y j n o ś c i t y c h z a s y p e k j e s t w ynikiem w i ę k s z e j z a w a r t o ś c i węgla ( z a s y p k a PM-1) i z r ó ż n i c o w a n e j g r a n u l a c j i ( z a s y p k a S y n te z p o s i a d a w ię k s z y u d z i a ł ; z i a r n powyżej 0 , 2 3 mm). O c e n i a j ą c b ad a n e z a s y p k i , n a l e ż y
s t w i e r d z i ć , że i c h z d o l n o ś ć i z o l a c y j n a n a l e ż y do ś r e d n i c h w a r t o ś c i .
Rola z a s y p k i.. 69
5 . Wyniki p r ó b przem ysło wych o d le w a n ia s t a l l sposobem z góry z z a a t o a o - waniem z a s y p k i o c h r o n n e j ZOP
Próby przem ysło we o d le w a n ia s t a l i z za sto so w a n iem zasypki o c h r o n n e j ty p u ZOP wykonano na w ytopac h s t a l i szynowej w g a tu n k u St90PA. Odlewano wlewki o m a sie 1 2 ,2 to n y p r z y z u ż y c i u z a s y p k i 45 k g / t s t a l i . Po z a k r z e p n i ę c i u wlewków r o z b r o j e n i u zestawów o d le w n i c z y c h na pow ierzchniach w le
wków s t w i e r d z o n o i s t n i e n i ę c i e n k i e j w arstw y ż u ż l a zasypko»'ego w f o r m i e g r a n i s a ż u . Wlewki t e porównywano z wlewkami odlanym i bez z a s y p k i
o c h r o n n e j . W wyniku p rz e p ro w a d z o n e j o b s e r w a c j i powierzchni wlewków s t w i e r d z o n o i c h l e p s z ą j a k o ś ć w poró w n a n iu z wlewkami od
lanymi bez z a s y p k i . Podczas w s t ę p n e j p r z e r ó b k i p l a s t y c z n e j wlewków n i e s t a w i e r d z o n o wybraku z t y t u ł u p ę k n i ę ć , n a t o m i a s t w dalszym p r z e r o b i e p l a s ty c z n y m k ę s i s k z m n i e j s z e n i u u l e g ł wybrak z powodu ł u s k i z 1 ,8 7 % do 0 , 5 4 %, a wybrak z t y t u ł u n eg a tw y n ej p ró b y Baummana z o s t a ł c a łk o w ic ie w yeli m in ow any. Ogólny wybrak s t a l i na d ro d z e k ę s i s k o - s z y n a z m n i e j s z y ł s i ę z 2 , 4 0 % do 1 .0 8 %.
Wyniki bada ń c z y s t o ś c i s t a l i s z y n o w e j, o d le w a n e j z zastosowaniem zasy^- p k i ZOP i l u s t r u j ą dane z a w a r te w t a b l i c y 2 , k o l . 1 4 -1 5 . Sumary)czna zaw ar
t o ś ć w t r ą c e ń n i e m e t a l i c z n y c h w s z y n a c h poch o d z ąc y ch z wytopów d o ś w i a d c z a l nych wynosi ś r e d n i o 0,199% i j e s t porównywalna z z a w a r to ś c ią w t r ą c e ń n i e m e t a l i c z n y c h w s z y n a c h d o t y c h c z a s produkowanych. Szczegółowa a n a l i z a r o z k ła d u w t r ą c e ń w s t r e f i e p r z y p o w ie r z c h n io w e j g łó w k i szyn wykazała i s t o tn e zmiany w d ł u g o ś c i . tz w . łańcuszków t l e n k o w y c h : w k l a s i e d ł u g o ś c i do 3 , 0 mm i w i ę c e j n a s t ą p i ł duży sp a d e k i l o ś c i łańcuszków tlenkow ach z 1 3 ,8 % d la wytopów porównawczych do 4 , 9 % d l a wytopów d o św ia d cz aln y c h .
7/yniki badań w ł a s n o ś c i m e c h a n ic z n o -w y tr z y m a ło ś c io w y c h szyn, p o c h o d z ą cych z wytopów d o ś w ia d c z a ln y c h i porównawczych z e s ta w io n o w t a b l i c y 2, k o l . 9 - 1 3 . Otrzymane w y n ik i s p e ł n i a j ą wymagania normy PM - 84/H - 93421 d l a s t a l i w g a ru n k u St90PA. W ytrzymałość na r o z c i ą g n i ę c i e Rm d l a p ró b e k p o d łu ż n y c h ( l i c z n i k ) j e s t ś r e d n i o o 10% w ię k s z a od w y trzy m a ło śc i szyn z wytopów porównawczych ( o d l a n y c h b e z z a s y p k i o c h r o n n e j ) . Wskaźniki a n i z o t r o p i i w ł a s n o ś c i Ba i A^ s ą r ó w n i e ż k o r z y s t n i e j s z e d l a szyn z wytopów d o ś w i a d c z a l n y c h . N ie z n a c z n ą poprawę w ł a s n o ś c i m e c h a n ic z n o -w y tr z y m a ło śc io wych sz yn z e s t a l i o d l a n e j z za sto so w a n ie m z a s y p k i ochronnej ty p u ZOP n a l e ż y ł ą c z y ć z r a f i n a c y j n y m o d d ziały w a n iem z a s y p k i i m o d y fik a c ją w tą c e ń t l e n k o w y c h - mimo w z r o s t u i c h z a w a r t o ś c i .
6 W nioski
Na p o d s t a w i e wykonanych badań w ła s n o ś c i fizyk och em iczn ych o r a z p r z e prowadzonych prób od lew an ia a t a l i w warunkach przemysłowych n a le ż y s t w ie r - d z i ć , ż e i
-Jo T a b l i c a 2
Wyniki b a d a ń w ł a s n o ś c i m e c h a n ic z n o -w y tr z y m a ło ś c io w y c h i s t o p n i a z a n i e c z y s z c z e n i a s t a l i szynow ej s z y n o d l a n e j sposobem z g ó r y z z a s to s o w a n ie m z a s y p k i o c h r o n n e j
Lp. Nr
wytopu
S k ł a d ch e m ic z n y , JS W ł a s n o ś c i
m e ch a n icz n e
Wskaźnik a n i z o t r o p i i w ł a s n o ś c i
ś r e d n i a z a w a r t o ś ć w t r ą c e ń n i e m e t a l i cznych
C Mn S i P S
«2 ppm
Rm MPa
A5
%
Z
% Rm
A5
t l e n k o wych
%
s i a r czkowych
%
'i 2 3 4 5 6 7 8 V 10 11 12 14 ■ 15. . . .
1 W1 0 , 7 5 1 , 0 5 0 , 2 4 0 , 0 2 6 0 , 0 1 2 1 , 7 1019 10*0
- -
2 W2 0 , 7 4 0 , 9 6 0 , 2 7 0 , 0 2 7 0 , 0 1 2 1 , 8
«
1 1 , 4 2 1 , 9 0 , 9 8 0 , 9 7
0 , 0 4 6 0 , 1 5 3
3 W3 0 , 7 2 0 , 9 9 0 , 2 4 0 , 0 2 6 0 , 0 1 1 1 , 2 ^88
1 1 , 5 1 9 , 0 0 , 9 9 0 , 9 3
4 W4 0 , 7 5 0 , 9 6 0 , 2 5 0 , 0 2 9 0 , 0 1 5 1 , 7 1003
^ 7 1 1 1 , 7 1 8 , 0 0 , 9 7 0 , 8 6
5
Wytopy
poróron 0 , 7 0 1 , 0 5 0 , 2 5 0 , 0 2 8 0 , 0 1 5 I
1 , 8 984
T O 2 1 1 , 7 2 2 , 7 0 , 9 8 0 , 9 1 0 , 0 2 4 0 , 1 5 7
Kudliński
S o la , za sy p k i I I
a ) badane z a s y p k i i z o l a c y j n o - s m a r u j ą c e , sto s o w a n e w p r o c e s i e syfonowego o d le w a n ia s t a l i n i e s p e ł n i a j ą odp o w ied n ich wymagań w z a k r e s i e lepkośol d y n a m ic z n e j , z w i l ż a l n o ś c i i z d o l n o ś c i i z o l a c y j n e j w warunkach term i
cz nych p r o c e s u o d le w a n ia s t a l i , s z c z e g ó l n i e zasypka PM-1 ,
b ) wpływ badanych z a s y p e k i z o l a c y j n o - s m a r u j ą c y c h na poprawę j a k o ś c i p o w i e r z c h n i wlewków s t a l i u s p o k o j o n e j j e s t n i e w i e l k i , z a s y p k i nie tw orzą g a r n i s a ż u żużlowego pomiędzy wlewkiem i ś c i a n k ą w lew nicy, zdolnośó i z o l a c y j n a (KIW) k s z t a ł t u j e s i ę na śre d n im p o z io m ie 18 - 20 kW/m2, c ) badana zasypka ojchronna ty p u ZOP s p e ł n i a wymagania w z a k r e s i e własno
ś c i f i z y c z n y c h ( l e p k o ś ć i z w i l ż a l n o ś ć ) s t a w i a n e zasypkom przeznaczonym do o d le w a n ia s t a l i u s p o k o j o n e j sposobem z g ó r yt w warunkach przemysło
wych s t w i e r d z o n o poprawę j a k o ś c i wlewków s t a lo w y c h - pow ierzchni i m a k r o s t r u k t u r y ,
d ) s t o s o w a n i e z a s y p e k w p r o c e s i e t r a d y c y j n e g o o d le w a n ia s t a l i uspokojo
n y c h , b e z w zglę du na s o p s ó b n a p e ł n i a n i a wlew nic, może sta n o w ić bardzo ważny c z y n n i k w k s z t a ł t o w a n i u j a k o ś c i wlewków i z w i ę k s z e n i a uzysku s t a l i z wlewka pod warunkiem praw idłow e go doboru w ł a s n o ś c i f iz y k o c h e m ic znyc h z a s y p e k .
LITERATURA
£ l ] K u d l i ń s k i Z. t i i i t n i k , 1979, n r 1, s . 1 - 9 .
£2] P ro c h o rie n k o K.K.'t R a f i n ir o w a n ie s t a l i , I z d . T i ę c h n i k a , Kijów 1975.
£3! K ita je w J e . M . » Z a tw ie r d ie w a n ie S ta ln y c h s l i t k o w , I z d . M i e t a ł ł u r g i a , Moskwa 1982,
£4] Jefimow W.A.: Razliw aka i k r y s t a l i z a c j a s t a l i , I z d ; M i e t a ł ł u r g i a , Moskwa 1976.
£5]] Benesch R . , Janowski J . , Mamro K . : M e ta l u r g ia ż e l a z a . Podstawy f iz y k o c h e m i c z n e p r o c e s ó w , Wyd. Ś l ą s k , Katowice 1979.
£ ć ] Dutko D.A. i i n n i : K o m p lie k sn o je u ł u c z s z i e n i e k a c z i e s t w a s ta ln y c h s l i t k o w , I z d . T i ę c h n i k a , Kijów 1969.
£7! P ro c h o r ie n k a K.K. s Szłakow yje w k l j u c z i e n i a w ataln o m s l i t k i , Izd.
T i ę c h n i k a , Kijów 1967.
SIGNIFICANCE OF CASTING POWDER IN CASTING PROGERS 0? STEEL INGOTE
Summary
Im portance o f c o a t in g powder in th e p r o c e s s o f a t e e l o a s t in g into in g o t m oulds. D iv ia io n o f c o a t in g powders a c c o rd in g t o t h l e r a p p lic a tio n . P h y s ic a l p ro p erty demands. P sy a ic o —chem ical' phenomena a t boudary d ev isio n l i g n i d s t e e l - c o a t in g powder e l a g and l ig n id s t e e l - in g o t mould w a lls . S uefaoe f a i l u r e form ation mechanisms in k i l l e d s t e e l i n g o t s . Experimen
t a l r e s u l t s f o r dinam ic v i s c o s i t y andboundary w e t tin g a n g le o f in s u la tin g , lu b r ic a t in g c o a t in g powders u sed f o r ayphory s t e e l o a s t in g and p ro ce o tiv e c o s t i n g powders used f o r top s t e e l o a s t in g . E v a lu a tio n o f experim ental r e s u l t s and q u a lity o f produoed c o a tin g powders.
72 Z. K udliriski
I n d u s t r i a l e x p e r i m e n t s o f t o p s t e e l c a s t i n g i n t o i n g o t moulds o f 1 2 ,2 t w i t h c o a t i n g powder a p p l i c a t i o n . I n g o t mould s u r f a c e q u a l i t y e v a l u a t i o n , d e g r e e o f s t e e l i m p u r i t i e s by n o n - m e t a l l i c i n c l u s i o n s and m e c h a n i c a l s t r e n g t h s t e e l p r o p e r t i e s . P r o t e c t i v e c o a t i n n g powder a p p l i c a t i o n i s h i g h l y d e s i r a b l e i n r a i l s t e e l t o p c a s t i n g p r o c e s s o f St90PA t y p e and i t g i v e r good q u a l i t y o f i n g o t moulds and s t e e l p r o p e r t i e s . D e c re a s e o f s t e e l s c r a p s as f o r t e e m i n g l a p i s c o n c e r n e d i n s l a b - r a i l c o n n e c t i o n h a s been o b t a i n e d and r a i l s c r a p h a s been s u p p r e s s e d due t o t h e n e g a t i v e Baumman*e t e s t . R e s u t s .
POJIB CMECH B UPOUECCB PASBIHBKH CTAJIH B HanOHHHUH
Pe3»ue
K x a c c m p u K a u a a . c u e c n b a a B H c r a s o c T H o x h x n p e ^ H a s H a v e H a H . i ’a a a v e c K O x H i i H ' i e c K H e H B j i e H K E a a r p a a i m a x p a 3 x e x a x a x K a x c x a x i > - m x a K h x u a k s l h c i a j i t - C l e H K a U 3 X 0 3 .K X 1I M . M e x a H H 3 M B O 3 H H K H 0 B e K U H n O B e p X H O C T H l i X A e $ e K I O B C H O K O iiH O a c x a x H . H i o r a H c c x e x o B a H H i i x i i H a M H v e c K O i i B a a K o c i a h r p a m n H o r o y r x a C M a i H - s a H H H T e m i 0 H 3 c u iH p y i ) i 4 H X h c u a s u B a i o q H X c u e c e i i n p e x H a 3 H a * e H H U x a x e p a 3 j i h b k k c x a x n c w p o H O M h s a n H m a jo n iH X c u e c a a x « p a 3 J iH B K H c x a x a c n o c o d o u c s e p x y .
O u e H K a p e3 y xb t a i o b a c c x e x o B a H H f t a K a v e c i B a n p o i ?3B o a h m h x C M e c e f t , n p o M u m x e H - H u e n p o O u p a s x K B K H c x a x H c s e p C B e p x y b c x h t k h M a c c o i l 1 2 , 2 i . c n p a u e H e H H e u s a m H u a x u e f l c M e c H , O u e H K a K a v e c x s a n o B e p x a o c T H c x h t k o b , c T e n e H H 3a r p x3H e H K x c x a x H H e M e i a x H ’je c K a M H B K X JoveH H X M x h M e x a H H v e c K H X c b o S c t b p e x t c o B o a C T a x a . n o A T B e p x x e H O n o x o x a x e x f c H o e B x a x H a e n p a M e B X H a x a a n a m a B x a x c K e c e S b n p c m e c c e
paaxHBKH p e x i c o s o a cTaxH Ci90HA c h o c o O o m CBepxy Ha xaveciBo c x b i k o b h c b o2~ c i B a c i a x H . n p a o C p e T a H O y M e H B n e H a e O p a x a 3a r o x o B o x c i a x a H3-3a n x e H H h X H X B H X H p o B a u o 6p a s c p e x b c o B H3-3a o T p a u a i e x i H o a n p o O u E a y w a H a / c e p H o r o
oxne<taxn&/.
