Сучасні способи підготовки виливниць до розливки сталі

Воденнікова Оксана Сергіївна

канд. техн. наук, доцент, Запорізький національний університет

Воденніков Сергій Анатолійович

д-р техн. наук, професор Національний університет «Запорізька політехніка»

Манідіна Євгенія Анатоліївна

канд. техн. наук, доцент, Запорізький національний університет

ТЕХНІЧНІ НАУКИ (Металургія)

 Сучасні способи підготовки виливниць до розливки сталі

На сьогодні «класичні» методи очищення виробів та обладнання від забруднень (наприклад, слідів нагару, хлоридів, сплесків та іншого) не завжди бувають досить ефективними і мають значні недоліки. Так очищення з використанням розчинників та інших токсичних хімікатів негативно впливає на людину та навколишнє середовище, а також неминуче призводить до додаткових витрат на утилізацію відходів. Піскоструминна обробка має свої обмеження за рахунок застосування абразивного порошку, який руйнує поверхні, що очищаються. Ручне очищення виливниць щітками вимагає значних і важких трудовитрат. Очищення водою під тиском відносно ефективне, але вимагає зупинки виробництва, розбору і демонтаж оснащення [1].

Саме тому зазначених проблем можна уникнути шляхом використання кріогенного бластінгу для очищення поверхні виливниць гранулами сухого льоду (твердої фази двоокису вуглецю). На відміну від широко відомої піскоструминної обробки, що полягає в механічному впливі прискореного в струмені стисненого повітря твердої речовини на поверхню, гранули сухого льоду не є абразивним матеріалом, тобто вони не пошкоджують саму поверхню виливниці та не залишають вторинних відходів. При чому для процесу кріогенного бластинга найбільш доцільними є гранули сухого льоду діаметром 1,7 та 3,0 мм [2].

У роботі запропоновано використання гранул сухого льоду як сучасного заходу очищення чавунних виливниць в процесі їх підготовки для розливки сталі. Для оптимізації процесу очищення поверхні виливниці від забруднень треба раціонально підбирати: гранулометричний склад сухого льоду; тиск в повітряній магістралі; витрату стисненого повітря; форму та довжину сопла для подачі сухого льоду; відстань від сопла до стінки виливниці та температуру виливниці перед очищенням.

На прикладі лабораторних досліджень в умовах ПАТ «Дніпроспецсталь» показано, що використання кріогенного бластінгу при очищенні виливниць від забруднень дозволяє в 2–4 рази збільшити швидкість очищення в порівнянні з використанням механічного та гідравлічного способу (зокрема металевих щіток та сталевих скрибків). Також до 70% знижуються експлуатаційні витрати завдяки високій ефективності процесу та відсутності необхідності демонтажу та розбирання обладнання, що очищується, а також прибирання миючої речовини. Гранули сухого льоду повинні бути високої якості з низьким коефіцієнтом сублімації (випаровування). Очищення сухим льодом проникає в вузькі та важкодоступні місця, які недосяжні при ручному очищенні, та виступає як шлях підвищення стійкості чавунних виливниць в процесі їх підготовки до розливки сталі.

У роботі запропоновано методику визначення величини відцентрової сили частинок льоду (F₁) у вигляді кулі, які вилітають з диску, що обертаються, в залежності від основних параметрів процесу очищення виливниць. Для досягнення їх максимальної енергії побудовано трикутники швидкостей вильоту частинок льоду у вигляді кулі на вході та виході з диску, що обертається (рис. 1). Також визначено раціональні шляхи руху частинок льоду, що забезпечують найбільші значення їх абсолютної швидкості та відповідно і кінетичної енергії.

Динамічна енергія гранул сухого льоду складає:

? (?2−?2)

2

де ρ – питома щільність льоду, г/см².

Відцентрова сила частинок льоду визначається за формулою:

?₁

= ^??2,                                                                  (2)

?

де V – дотична окружна швидкість, м/с:

? = ??,                                (3)

w – кутова швидкість, м/с, w=πn/30; r – радіус диска, м; m – маса кулі, кг; n – число оборотів диска в хвилину, об./хв.

а – радіальне розташування направляючих жолобів (β₁=90⁰); б – жолоби загнуті вперед у напрямку обертання (β₁<90⁰);

w₁ та w₂ – відносна швидкість гранул льоду у вигляді кулі на вході та виході відповідно, м/с;α₁ та α₂ – кути між абсолютною та окружною швидкостями відповідно; β₁ та β₂ – кути між відносною та окружною швидкостями відповідно; u₁ та u₂ – окружна швидкість на вході та виході відповідно, м/с; с₁ та с₂ – абсолютна швидкість гранул льоду у вигляді кулі на вході та виході відповідно, м/с

В зв’язку з тим, що відцентрова сила суттєво впливає на ефективність очищення металургійного обладнання (в нашому випадку чавунної виливниці), було проаналізовано при застосуванні технології кріогенного бластінгу вплив на неї зміни масу частинок льоду у вигляді кулі в діапазоні 0,002–0,01 кг та радіусу диска, що обертається, в діапазоні 0,1–0,3 м (рис. 2  та рис. 3).

Встановлено,   що       відцентрова    сила   частинок льоду  збільшується пропорційно зростанню їх маси та досягає максимального значення 64,4 Н при радіусі диска, що обертається,      0,3 м. Тому представляється доцільним використання раціональної зони з масою частинок льоду в діапазоні 0,004–0,008 кг, при цьому відцентрова сила частинок льоду збільшується в 6,5 разів (рис. 2). Збільшення в 5 разів радіусу диску, що обертається, та кількості обертів диску на 600 об./хв. також пропорційно збільшує значення відцентрової сили частинок льоду (рис. 3). В залежності від розміру внутрішньої порожнини виливниці   можливо   вибрати   необхідний                     радіус     обертального    диску,     що обертається.

Таким чином, розрахунковим шляхом встановлено залежності відцентрової сили частинок льоду від їх маси (в діапазоні 0,002–0,10 кг) при сталих значеннях радіусу диску, що обертається (в діапазоні 0,1–0,3 м) та показано, що максимальне значення відцентрової сили досягає значення 67 Н. Значний вплив на відцентрову силу частинок льоду має також і швидкість обертання – її збільшення з 1000 до 1600 об./хв. призводить до збільшення відцентрової сили в 2,6 рази.

Список використаних джерел:

1. Криогенный бластинг    для                 литейной          промышленности.            URL: https://i-mash.ru/materials/technology/27834-kriogennyjj-blasting-dlja- litejjnojj.html (дата звернення: 15.05.2021).
2. Очистка поверхностей сухим льдом. URL: https://dryice.uz/ochistka- pover-suh-ldom.html (дата звернення: 05.2021).