способ получения неметаллической отливки

Формула изобретения

Способ получения неметаллической отливки, включающий плавку неметаллических материалов и подачу расплава в форму, отличающийся тем, что неметаллические материалы после заполнения ими формы поливают водой, а воду подают на охлаждаемую отливку импульсами в разные места отливки, причем воду начинают подавать на отливку при температуре ее поверхности 900-1100°C и заканчивают подачу воды при температуре на поверхности отливки 300-400°C.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемый способ относится к строительству и может быть применен при производстве монолитных неметаллических изделий для строительства сооружений.

Известен способ получения неметаллических керамических изделий для строительства, при котором увлажненный состав из глины, кварцевого песка подают в формы, прессуют, извлекают изделия из формы, сушат их, а затем обжигают в печах при температуре выше 800°C (Дудеров И.Г., Матвеев Г.М., Суханова В.Б. Общая технология силикатов. - 4-е изд., перер. и доп. - М.: Стройиздат, 1987, с.272-407; Ягупов Б.А. Строительное дело. - М.: Стройиздат, 1988, с.33-41, 68-76). Недостатками применения известного способа является большая трудоемкость получения изделий, высокая стоимость, большие затраты энергии, недостаточная прочность и долговечность изделий.

Из известных наиболее близким по технической сущности является способ получения неметаллических отливок, включающий плавку неметаллических материалов и подачу расплава в форму, где материал затвердевает. Полученные отливки извлекают из формы, а затем подвергают их термообработке в печах. Так делают изделия из неорганического стекла, стеклокристаллических и керамических материалов. (Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение, 1980, с.463-469). Однако этот способ трудоемкий, не позволяет получать дешевые изделия с высокой прочностью и твердостью.

Техническим результатом предлагаемого способа является упрощение получения неметаллических отливок с высокой прочностью и твердостью из малоценных материалов, снижение трудоемкости изготовления отливок, уменьшение затрат энергии, улучшение экологических условий.

Предлагаемый способ получения неметаллической отливки заключается в том, что производят плавку неметаллических материалов и подачу расплава в форму. Отличается этот способ от известных способов тем, что неметаллические материалы после заполнения ими формы поливают водой, причем воду подают на отливку в таком количестве, чтобы вода успевала испаряться на охлаждаемой отливке.

Такое сочетание новых признаков с известными позволяет получать из малоценных неметаллических материалов, например ваграночных шлаков, изделия с высокой прочностью и твердостью, без затрат энергии на термообработку отливок в печах.

Способ осуществляется следующим образом. Жидким расплавом, содержащим неметаллические материалы, например, до 55% SiO₂, до 60% Al₂ O₃, до 25% CaO, до 10% FeO, до 5% MnO, заполняют форму, и неметаллические материалы после заполнения ими формы поливают водой. Воду подают на отливку в таком количестве, чтобы вода успевала испарятся на охлаждаемой отливке. Такое охлаждение неметаллической отливки позволяет создавать направленную кристаллизацию материала и получать мелкозернистую плотную структуру. Достигаются показатели высокой прочности, твердости и износостойкости неметаллического материала без последующей термообработки отливки в печи, когда обычно расходуется много топлива или энергии. Подача воды на охлаждаемую отливку импульсами по мере ее испарения и в разные места отливки позволяет создавать равномерную, плотную мелкозернистую, прочную структуру при разностенной отливке. Отливки можно охлаждать в форме, подавая воду к горячей поверхности отливки через каналы в форме, или поливая горячую отливку водой после разрушения формы или извлечения отливки из формы. Формы могут быть песчаными, разрушаемыми, металлическими, из огнеупорных материалов и изделий, разъемными, вытряхными. Полив водой может производиться на все поверхности неметаллической отливки или на те поверхности, где требуется достигать высокой прочности и твердости материала.

Предложенный способ позволяет получать прочные неметаллические отливки для строительных конструкций, в частности фундаментные плиты, опоры для технических сооружений, тумбы, постаменты.

Пример выполнения способа получения неметаллической отливки.

В газовой вагранке на холостой огнеупорной колоше, содержащей куски графита (боя электродов дуговых электропечей), высокоглиноземистых и шамотных изделий, известняка, на газообразном топливе - природном газе плавили чугун. В процессе плавки получали жидкий металл и шлак, которые вытекали из шахтной печи - вагранки через переходную летку в теплоизолированный, футерованный огнеупорами копильник - форму. Металл скапливался в нижней части копильника - формы, а шлак находился на поверхности металла. Через нижнюю летку жидкий металл выпускали в ковш и заливали этим металлом отдельно стоящие формы, получая чугунные отливки. Форма и емкость копильника - формы была такими, чтобы после заполнения копильника шлаком получалась бы заданная по форме и объему неметаллическая отливка. Плавка чугуна и шлака продолжалась до требуемого заполнения копильника - формы жидким шлаком. Жидкий металл полностью выпускали из копильника - формы, плавку прекращали и полученную неметаллическую отливку охлаждали поливом воды, причем на неметаллические материалы подавали воду в таком количестве, чтобы вода успевала испаряться на охлаждаемой отливке. Для того, чтобы удовлетворялось это условие, количество подаваемой воды уменьшали по мере охлаждения отливки. Воду начинали подавать на отливку при температуре на ее поверхности 900-1100°C, а заканчивали подачу воды при температуре на поверхности отливки 300-400°C. При этих условиях не происходило образование трещин в отливке, а структура неметаллической отливки получалась плотной и мелкозернистой. Прочность и твердость неметаллической отливки была выше инструментальной стали (той стали, из которой делают зубила пневматических молотков). Состав шлака, из которого получали неметаллические отливки, был следующий: до 45% SiO ₂, до 40% Al₂O₃, до 10% CaO, до 5% FeO, причем состав шлака можно было изменять путем изменения состава шихты и холостой огнеупорной колоши в зависимости от требований к неметаллической отливке.

Полученные из ваграночного шлака неметаллические отливки служили опорами, используемыми при строительстве дачных домов.

Меняя внутреннюю форму копильников - форм, можно получать разнообразные отливки, например, цилиндры, кубы, параллелепипеды, усеченные пирамиды и конусы, а также отливки сложной геометрической формы.

Предлагаемый способ обеспечивает технический эффект и может быть осуществлен с помощью известных в технике средств.

Предлагаемый способ по сравнению с известными позволяет в 1,7-3,6 раза уменьшить трудоемкость изготовления неметаллических отливок, повысить прочность, твердость и долговечность отливок в 2,3-3,4 раза, снизить в 2-3 раза расход энергии, улучшить качество изделий. Процесс - экологически чистый и простой в выполнении. Если учесть, что обычно ваграночный шлак не используется, его выбрасывают, загрязняя окружающую среду, то полезное использование шлака для производства неметаллических отливок предложенным способом дает большой экономический эффект.

Кроме отливок для строительных конструкций, предложенным способом можно получать отливки для гидротехнических сооружений, химического и размольного оборудования.