Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Кинетика газообразования при нагреве форм и стержней

05.11.2018

Интенсивное газообразование начинается при прогреве смеси выше 100 °С. С повышением температуры объем выделившихся газов непрерывно увеличивается. Можно принять, что газовыделение прекращается при прогреве смеси до температуры 1000-1200 °С. Скорость выделения газов vг в интервале от 100 до 1200 °C непостоянна. На кривых vг(T) можно выделить три пика скорости. В интервале 100-150 °C пик скорости обусловлен испарением влаги и растворителей. Второй (280-600 °С) и третий (600-1100 °С) пики связаны в смесях с органическими связующими с уплотнением и частичным разрушением структуры вещества и с образованием кокса. В песчано-глинистых смесях второй и третий максимумы vг связаны с выделением конституционной и кристаллогидратной влаги из глины.

В табл. 6.1 приведены термодеструкционные характеристики различных связующих и добавок. На рис. 5.28 показаны термодеструкционные кривые некоторых связующих, характеризующие кинетику газовыделения при прогреве смеси.

Важной характеристикой смесей является средняя температура термодеструкции (газообразования) Tср, представляющая собой температуру, при нагреве до которой выделится половина объема генерируемых смесью газов, приведенных к нормальным условиям. Значения Tср приведены в табл. 6.1. На рис. 5.28 индекс 1 относится к сырым смесям, а индекс 2 - к предварительно высушенным.

Чем ниже Tср, тем быстрее и в большем объеме будет происходить газификация, т. е. интенсивнее будут выделяться газы. С повышением Tср интенсивность газовыделения уменьшается.

Если принять, что объем газов ГS (в см на 1 г смеси) выделяется при прогреве смеси до температуры T в соответствии с деструкционной кривой) ГS(T) (сплошные кривые на рис. 5.28), то объем газов Vг (в см3), выделившихся при толщине поверхностного слоя формы x100, прогретого до температуры T > 100 °С, можно вычислить по формуле

где рсм - плотность смеси;

S - площадь поверхности формы, контактирующей с расплавом.

Из формулы (6.1) видно, что кинетика газовыделения при данном составе смеси определяется кинетикой прогрева формы. Для определения зависимости от времени толщины слоя формы, прогретого до T > 100°С, x100(t) и температуры в этом слое Т(х) применим метод А. И. Вейника. Распределение температуры в слое формы, прогретом выше начальной температуры T0, описывается степенной зависимостью

где x0 - толщина прогретого слоя;

n - показатель степени.

При х = 0T = Tn. С учетом этого коэффициент A равен

Напишем следующее уравнение теплового баланса:

где Л - коэффициент теплопроводности смеси;

dH - изменение теплосодержания прогретого слоя за время dt.

Дифференцируя (6.2) по х, находим

Изменение теплосодержания dH можно вычислить по формуле

где T''cp и T'cp - средние по толщине слоя значения температуры в моменты t и t + dt;

dx0 - увеличение толщины прогретого слоя за время dt;

с - удельная теплоемкость смеси.

T'cp определяем следующим образом:

С учетом (6.5) и (6.4) уравнение (6.3) принимает вид

Интегрируя это уравнение, получаем формулу А.И. Вейника

где а = Л/с*рсм коэффициент температуропроводности смеси.

С учетом (6.6) уравнение (6.2) принимает вид

Приняв Т(х) = 100, ах = х100 и решив это уравнение относительно х100, получим формулу, описывающую кинетику прогрева формы до температуры T > 100 °С:

В первом приближении можно принять n = 2, а

где Tкр - температура кристаллизации сплава;

bc и bф - коэффициенты аккумуляции тепла сплавом и материалом формы.

Приняв некоторое среднее значение ГScp абсолютной газотворности ГS(T), отнесенное, например, к средней температуре газообразования Tcp, запишем уравнение (6.1) в виде

где b - коэффициент газообразования, b = рсм * Fср * m.

Продифференцировав (6.10) по времени, получим выражение для абсолютной скорости газообразования:

Коэффициент газообразования b стержневых смесей в зависимости от связующего колеблется в пределах 2-6 см3/с1/2, а для формовочных смесей, заливаемых по-сырому, - в пределах 12-21 см3/с1/2.

На рис. 6.1 приведены значения коэффициента b для смесей на разных связующих (4 % связующего в смесях). До содержания связующего 3—4 % b увеличивается пропорционально содержанию связующего в смесях.

На рис. 6.2 представлены кривые изменения скорости газообразования в зависимости от времени для смесей на различных связующих.

График показывает зависимость газотворности смеси от ее состава. Объем выделяемого газа по времени имеет практическое значение. Излишнее газовыделение в первый момент после заливки создает опасность образования газовых раковин. Излишнее выделение газа уже при отвердении металла может оказаться полезным, так как давление газа на металл будет способствовать получению более плотной структуры отливки. Плохо просушенные формы и стержни увеличивают газовыделение за счет удаления воды или органических соединений при различных температурах. Увеличение температуры металла и его количества, поступающего в единицу времени, повышает газовыделение в начальный период.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: