Способ покрытия керамических форм пиролитическим углеродом

 

Изобретение относится к литейному производству, в частности к производству литья из тугоплавких металлов и сплавов. Цель изобретения - повышение качества форм за счет уве- - личения их прочности и улучшения качества пиролитического покрытия. Это достигается тем, что прогретые формы загружают в замкнутую емкость, в которую засыпают уголь или пек в количестве 50-140 кг на 1 м объема емкости при коэффициенте ее заполнения формами, равном 0,1-0,6. Выделяющие- , ся при пиролизе углеродсодержащего материала (угля или пека) летучие вещества создают в замкнутой емкости избыточное давление, которое поддерживается в пределах 0,03-0,2 ати. Если давление в замкнутой емкости падает ниже 0,03 ати, то в реактор периодически добавляют новые порции углеродсодержащего материала. Пропитывание форм пиролитическим углеродом происходит качественно и быстро, а формы, пропитанные пироуглеродом, увеличивают свою прочность в 1,3 - 1,9 раз. 1 з.п. ф-лы. S сл со оо Oi со сл о:

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 В 22 С 9/04, 3/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

)3 Ä" @ ЛК 01 Ц(д

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4081612/31-02 (22) 13.05.86 (46) 07.04.88. Бюл, Р 13 (71) Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) В.N.Александров, Б.А.Кулаков, В.К.Дубровин и В.А.Щадрин (53) 621,744.039:621,74.045(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 289867, кл. B 22 С 3/00, 1966.

Кустов Б.И. и др. Коксовый газ.

М.: Металлургия, 1966, с. 30, Авторское свидетельство СССР

N - 346015, кл. В 22 С 9/04, 1968.

Авторское свидетельство СССР

Р 850267, кл. В 22 С. 9/04, В 22 С 9/12, 1979. (54) СПОСОБ ПОКРЫТИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ

ФОРМ ПИРОЛИТИЧЕСКИМ УГЛЕРОДОМ (57) Изобретение относится к литейному производству, в частности к производству литья из тугоплавких ме„„SU„„1386356 А 1 таллов и сплавов. Цель изобретения повышение качества форм за счет уве- . личения их прочности и улучшения качества пиролитического покрытия. Это достигается тем, что прогретые формы загружают в замкнутую емкость, в которую засыпают уголь или пек в количестве 50-140 кг на 1 м объема емкости при коэффициенте ее заполнения формами, равном 0,1-0,6. Выделяющиеся при пиролизе углеродсодержащего материала (угля или пека) летучие вещества создают в замкнутой емкости избыточное давление, которое поддерживается в пределах 0,03-0,2 ати.

Если давление в замкнутой емкости падает ниже 0.03 ати, то в реактор периодически добавляют новые порции углеродсодержащего материала. Пропитывание форм пиролитическим углеродом происходит качественно и быстро, а формы, пропитанные пироуглеродом, увеличивают свою прочность в 1,3—

1,9 раз. 1 э.п. ф-лы.

133с 356

Изобретение относится к литейно»у производству и .может найти применение в производстве литья из тугоплавких металлов и сплавов.

Цель изобретения — повышение качества форм за счет увеличения их прочности и улучшения качества пиролитического покрытия.

Сущность изобретения заключается 10 в том, что в закрытую емкость после прогрева форм загружают углеродсодержащий материал, преимущественно уголь или пек, в количестве 50-140 кг на 1 и объема реактора при коэффициенте его заполнения 0,1- 0,6 и поддерживают в нем избыточное давление выделяющихся газов в пределах 0,030,2 ати, причем углеродсодержащий материал загружают в реактор порция- 20 ми периодически при падении в нем избыточного давления газов ниже

0 03 ати. Керамические .формы, изготовленные, например, по выплавляемым моде- 25 лям, устанавливают в контейнер, выполненный из жаростойкой стали, литниковыми чашами в специальные ггазы, затем засыпают зернистой засыпкой с размером частиц 0,2-1,0 мм на высоту 30 примерно 1/3 — 3/4 высоты литниковой чаши.

Контейнер закрывают крышкой, помещают и печь для нагрева форм до 9001100 С. 11ри достижении заданной температуры через затвор в крышке контейнера, например шиберный, подается порция твердого углеродсодержащего материала.

1 40

В качестве такого материала целесообразно использовать коксующиеся угли с большыми выходом летучих, например угли марок ГЖ, Ж или пек каменноугольный.

Под действием высокой температуры происходит пиролиз углей и пеков.

При этом из них выделяется от 30 до

60Х летучих веществ, что создает избыточное давление в реакторе в пределах 0,03-0,2 ати.

В состав выделившейся газообразной фазы входят метан, непредельные, ароматические и другие тяжелые углеводороды, а также водород, азот, окись и дноксид углерода, кислород и некоторые другие вещества.

Смес.ь газов, омывая наружную попс рхпогтг- керамической формы, дифф» ндирует не ()t. з с.т 11v (чар и I к (( внутренней ра(очей поверхности.

При 900-1 100" С угленоггорогсщ и газы подвергаются ниролпзу по реакции

С„11 » С + И

Образуюшийся пироуглерод осаждается в порах и на рабочей поверхности литейной керамической формы.

Газообразные продукты пиролиза сгорают в пространстве печи, при выходе из реакгора-контейнера.

Количество загружаемого угля oni ределяется объемом реактора и коэффициентом его заполнения, являющегося отношением объема форм к объему реактора. Оптимальный коэффициент заполнения контейнера находится в пределах О, 1-0,6.

Суммарная величина загрузки углеродсодержащих материалов в пределах

50-140 кг на 1 м объема контейнера получена на внутренней поверхности формы 3-4 мас.7 пироуглерода, что обеспечивает форме необходимые свойства.

1lacca загрузки зависит также от вида углеродсодержащего материала.

При использовании каменноугольного пека и углей с большим выходом летучих величина загрузки приближается к нижнему пределу. Применение углей с меньшим выходом летучих приводит к увеличению массы загрузки.

Загрузка угля производится порциями периодически (размер порции

1/7 — 1/3 от суммарной массы загрузки) при падении в нем избыточного давления в контейнере выделяющихся газов ниже 0,03 атм, Размеры порций обеспечивают необходимую для сквозного насьпцения форм углеводородным газом величину избыточного давления в реакторе в пределах 0,03-0,2 атм.

Время обработки форм составляет

1-3 ч в зависимости от массы загрузки, толщины керамической оболочки, размера и извилистости пор стенки формы. Чем больше масса загрузки, толще оболочка, меньше размеры пор и больше их извилистость, тем продолжительнее процесс обработки.

П р и и е р. Формы изготовляют по выплавляемым моделям. Отливка типа "стакан™ из сплава ВТ- ОЛ„ высота отливки 150 мм, внутренн н1 диа1386356

4 а метр 40 мм, толщина стенки 12 мм.

Объем блока моделей S 10 и

Формы изготовляют из электрокорундовой суспензии на этилсиликатном связующем, содержаг,ем 15-177 кремнезема. Вязкость суспензии для первого слоя по ВЗ-4 составляет 27-23 с, а для остальных 20-25 с. В качестве присыпки для первого слоя используют электрокорунд зернистостью N - 20. а для последующих зернистостью Ф 50.

Всего наносят 8-9 слоев.

Формы устанавливают в реакторконтейнер, выполненный из стали объе- 15 мом 8 10 м вертикально литниковыми чашами вниз, на 2/3 снизу литниковые чаши присыпают кварцевым песком.

Коэффициент заполнения реактора определяют количеством установленных в 20 него форм и он изменяется от 0,1 до

0,6.

Реактор с формами нагревают до

1000 + 20 С.

Пример 1. В нагретый до 25 о

1000 С реактор с установленными фор.мами при коэффициенте заполнения О, 1 подают жирный уголь порциями по 57 г с интервалами между загрузками 10 мин, Избыточное давление газов в реакторе после очередной загрузки за 70 мин обработки составляет 400 г, т.е.

50 кг на 1 м обьема реактора. Количество осажденного на рабочей поверхности Формы пироуглерода 3,0 мас.7.

Пример 2. В нагретый до

1000 С реактор с формами при коэффициенте заполнения 0,3 подают жирный уголь порциями по 152 г с интервалами 20 мин. Избыточное давление газов 40 после очередной загрузки находится в пределе 0,11 ати. Суммарная загрузка за 100 мин обработки 760 r, т.е.

95 г на 1 м реактора. Количество э осажденного на внутренней поверхнос- 45 ти пироуглерода 3,5 мас.Х.

Пример 3. Б .нагретый до, 1000 С реактор с установленными формами при коэффициенте заполнения 0,6 подают порции жирного угля по 224 r с интервалами между загрузками 30 мин

Избыточное давление газов в реакторе после очередной загрузки составляет

0,2 ати. Суммарная величина загрузки угля за 150 мин обработки составляет 1120 г, т.е, 140 кг на 1 м объе55 ма реактора количества осажденного на поверхности пироуглерода дает

4 мас.X.

Прочность на изгиб исходных кер»мических форм составляет 60

70 кгс/см, а покрытых пироуглеродом

90-110 кгс/см, т.е. в 1,3-1,9 раза больше.

Заливку опытных керамических форм, покрытых пироуглеродом по предлагаемому способу, производят в печи ВДП-5 при остаточном давлении 2-10 мм рт.ст. Формы выдерживают центробежную заливку без разрывов.

Металлографический анализ литой поверхности опытных отливок показал, что глубина видоизмененного слоя на наружной поверхности составляет 0-50 мкм, а на внутренней 50—

150 мкм.

У отливок, полученных в керамических формах без пироуглеродного покрытия, глубина видоизмененного слоя на наружных поверхностях 100150 мкм, а на внутренних 250-450 мкм, т.е. в 3,5 раза больше.

Способ способствует получению качественного пироуглеродного покрытия с большой скоростью, уплотнение стенки форм пироуглеродом на всю толщину приводит к повышению прочности формы в 1,3-1,9 раз.

Формула и з о б р е т е н и я

1. Способ покрытия керамических форм пиролитическим углеродом, включающий нагрев формы в окислительной атмосфере, термическое разложение при пиролизе углеродсодержащего материала в замкнутой емкости и осаждение пиролитического углерода на поверхности формы, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с. целью повышения качества форм за счет увеличения их прочности и улучшения качества пиролитического покрытия, в качестве углеродсодержащего материала используют уголь или пек, который помещают в замкнутую емкость после нагрева формы в окислительной атмосфере в количестве 50 140 кг на 1 м объема емкости при коэффициенте заполнения формами емкости, равном О, 1-0,6, при этом в замкнутой емкости поддерживают избыточное давление на 0,03—

0,2 атм, создаваемое летучими веществами при пиролизе углеродсодержащего материала.

1386356

Составитель В.Иванов

ТехРед М. Коданич Корректор О. Кундрик

Редактор С.Патрушева

Заказ 1453/16. Тираж 740 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР ло делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

2. Способ по п. 1, о т л и ч а— ю шийся тем, что углеродсодержащий материал загружают в замкнутую емкость порциями периодически при падении в ней избыточного давления.