Характеристики литейного каменноугольного кокса
Характеристика, % |
КЛ-1 |
КЛ-2 |
КЛ-3 |
Содержание серы: |
|
0,8 |
1,2 |
среднее |
0,45 |
||
предельное |
0,60 |
1,0 |
1,4 |
Зольность: |
|
|
|
средняя |
10,5 |
9,5 |
10,5 |
предельная |
12,0 |
11,0 |
12,0 |
Влага, не более |
5,0 |
5,0 |
5,0 |
Выход летучих веществ, не более |
1,2 |
1,2 |
1,2 |
Термоантрацит литейный по размеру фракций подразделяют на два класса: 40-80 и 80-120 мм. Термоантрацит должен удовлетворять следующим требованиям: массовая доля влаги - не более 2 %; зольность для первого сорта - не более 6 %, для второго сорта - не более 10 %; содержание серы для первого сорта - не более 1 %, для второго сорта - не более 1,75 %; выход летучих веществ - не более 40 см3/г; мелочь - не более 5 %.
Мазут, используемый в литейном производстве, подразделяют на малосернистый (с массовой долей серы до 0,5 %), сернистый (до 2 %) и высокосернистый (до 3,5 %). Теплота сгорания в пересчете на сухое топливо 39 800-40 600 кДж/кг.
Природный газ применяют в газовых и коксогазовых вагранках, а также в печах для плавки многих видов литейных сплавов. Природный газ состоит главным образом из метана СН4 и имеет теплотворную способность 0нР=33 500 + 35 600 кДж/м3
Флюсы. При плавке чугуна в вагранке в качестве флюса применяют в основном известняк СаС03, который содержит СаО (52 % - 1-й сорт; 50 % - 2-й сорт; 49 % - 3-й сорт; С02 при нагреве улетучивается) и около 10 % других примесей (Si02, А120 3. Fe20 3, Р20 5, S02).
Кроме известняка, при плавке используют следующие флюсы: мел, мрамор (по составу они идентичны известняку), известь (88-93 % СаО), апатитоцефелиновую руду Са(Р04)2 (для получения чугуна с повышенным содержанием фосфора), плавиковый шпат (не менее 75 % CaF2), доломит при основном процессе (-30 % СаО, -20 % MgO, -45 % С02).
При электрошлаковой технологии применяют флюсы, содержащие оксиды и фториды. Так, стандартные флюсы (АНФ-1, АНФ-6 и др.) для электрошлакового литья стали содержат 70-90 % CaF2 и СаО, А120 3.
При плавке цветных металлов в качестве флюсов широко применяют хлористые и фтористые соединения.
5.5.Тепловые и физико-механические воздействия на расплавы
Для повышения физико-механических и эксплуатационных свойств металлических сплавов их обрабатывают в жидком состоянии вводом специальных добавок (рафинирующих, раскисляющих, модифицирующих, легирующих элементов) и методами внешних (тепловых и физико механических) воздействий.
В настоящем параграфе рассмотрим только методы внешнего воздействия. Физико-химические процессы, протекающие при модифицировании, легировании, раскислении и рафинировании, будут рассмотрены в соответствующих главах.
В последнее время в области металлургии и литейного производства значительное распространение получили способы повышения качества отливок и сплавов из сталей, чугунов и цветных сплавов, основанные на взаимосвязи строения и свойств этих сплавов в твердом и жидком состояниях.
Перспективной и очень важной сегодня представляется разработка технологических основ повышения качества отливок из различных сплавов на базе анализа некоторых структурно-чувствительных свойств расплавов. Систематические исследования строения и свойств металлических расплавов в [зависимости от термовременной и термоскоростной обработок и установление их роли в процессах формирования структуры и свойств сплавов в отливках представляют большой научный и технический интерес. Анализ литературных данных показывает реальность генетической взаимосвязи состояния расплавленного металла и ее влияние на качество и свойства будущих отливок. Несомненно, такая связь существует и ее необходимо учитывать при определении рациональной технологии плавки сплавов и их легирования.
5.5.1.Аномальный характер изменения физических свойств расплавов и его связь с механическими и литейными характеристиками
На высокотемпературных установках для измерения электросопротивления р и кинематической вязкости v изучали температурные зависимости (политермы) указанных свойств.
Алюминий и его сплавы. Исследовалось влияние температуры перегрева жидкого алюминия и его сплавов на их структуру и физико механические свойства отливок с учетом особенностей изменения свойств жидкой фазы.
На рис. 5.6 приведены политермы р жидкого алюминия марок А999 (кривая 1 ) и А99 (кривые 2 и 3), полученные в процессе охлаждения. Как видно, с уменьшением чистоты жидкого алюминия абсолютное значение р возрастает. Аномальный характер изменения р жидкого алюминия наблюдается в районе температур 983-1023 К и 1173-1233 К независимо от степени чистоты алюминия.
Рис. 5.6. Зависимость электросопротивления жидкого алюминия от температуры перегрева: 1 - расплав А999 (охлаждение); 2 - расплав А99 (охлаждение); 3 - А99 (нагрев); 4 - расплав А7 (охлаждение); 5 - расплав А7 (нагрев)
Изменение р в процессе охлаждения жидкого алюминия технической чистоты А7 (кривая 4) подтверждает наличие аномалии в районе температур 1013-1048, 1148-1188 и 1283-1323 К. При последующем измерении р в процессе нагрева (кривая 5) вплоть до 1423 К температурные интервалы аномального изменения электросопротивления жидкой фазы смещаются в сторону более высоких температур: 1048-1073, 1173-1198, 1298-1323 К. Дополнительное измерение р жидкого алюминия А99 при 1273-1673 К показало, что в районе температур 1393-1403 К проявляется перегиб на политерме электросопротивления (рис. 5.7).
Рис. 5.7. Политермы электросопротивления в высокотемпературной области, расплав А99: 1 - расплав А99 обработан флюсом; 2 - расплав А99
Политерма кинематической вязкости алюминия А99 также имеет аномалии в районах температур 973-993 и 1173-1188 К (рис. 5.8, кривая 1).
Рис. 5.8. Политермы кинематической вязкости расплава: I - расплав А99; 2 - расплав АЛ2
Подобные результаты были получены в работах В. 3. Кисунько и И. А. Новохатского, где отмечалось, что вязкость жидкого алюминия резко
124
изменялась при 993-1043, 1133-1173 и 1373-1483 К. При исследовании физико-химических свойств жидкого алюминия (плотность, вязкость, поверхностное натяжение, стандартная растворимость водорода) до 1373 К наблюдается их аномальное изменение в области 1173-1233 К. Следовательно, совпадают температурные обработки в области аномалий 953-993 и 1173-1233 К. Политермы параметров структуры жидкого алюминия (положение и высота первого и второго структурных максимумов интенсивности, нормированная функция а (5), кратчайшее наиболее вероятное межатомное расстояние га, числа ближайших соседей Zc и Zn), полученные рентгеноструктурными исследованиями, показали, что по характеру изменений структурных параметров исследованные интервалы температур можно разделить на три структурные области: 7Vui-1233 К, 1233-1723, 1723-1883 К. Вблизи границ этих областей некоторые параметры жидкого состояния изменяются достаточно резко.
Аномальное изменение р расплавов АЛ2, АЛ26 наблюдалось соответственно при 1273 и 1243 К (рис. 5.9, 5.10). Сравнение политерм р, v и структурных параметров показывает, что изменение характеристик расплава вблизи указанных температур не связано с экспериментальными погрешностями, а вызвано структурными превращениями с одновременным разрыхлением структуры расплава, обусловленным уменьшением числа ближайших соседей (В. 3. Кисунько, И. А. Новохатский). Аномальный характер изменения р, v и других структурно-чувствительных свойств жидкого алюминия, а также его сплавов связан с наличием критических температур, характеризующих переход жидкой фазы в качественно новое состояние с большей степенью разрыхления в ближнем порядке расположения атомов. Надо полагать, что такой переход способен вызвать определенные изменения кинетики взаимодействия металла с газами, а также растворения легирующих элементов в расплаве.
5 |
873 |
973 |
1073 |
1173 |
1273 |
1373 |
1473 |
Температура, К
Рис. 5 .9 . П олитерм а электросопротивления расплава А Л 2