VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Transkript

1 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV AUTOMOBILNÍHO A DOPRAVNÍHO INŽENÝRSTVÍ FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING INSTITUTE AUTOMOTIVE ENGINEERING TEPELNÉ IZOLACE A ZÁSYPY JAKO CESTA K ÚSPOŘE KOVŮ A ENERGIÍ VE SLÉVÁRENSTVÍ THERMAL INSULATION AND BACKFILLING AS A WAY TO SAVE METAL AND ENERGY IN FOUNDRY BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR JAN KOS PROF. ING. FRANTIŠEK KAVIČKA, CSC. BRNO 2015

2 Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství Ústav autoobilního a dopravního inženýrství Akadeický rok: 2014/2015 ZADÁNÍ BAKALÁŘSKÉ PRÁCE student(ka): Jan Kos který/která studuje v bakalářské studijní prograu obor: Stavba strojů a zařízení (202R016) Ředitel ústavu Vá v souladu se zákone č.111/1998 o vysokých školách a se Studijní a zkušební řáde VUT v Brně určuje následující téa bakalářské práce: v anglické jazyce: Tepelné izolace a zásypy jako cesta k úspoře kovů a energií ve slévárenství Theral insulation and backfilling as a way to save etal and energy in foundry Stručná charakteristika probleatiky úkolu: Student se forou literární rešerše tuzeské i zahraniční literatury seznáí a posoudí principy a druhy tepelných izolací a zásypů s cíle dosáhnout usěrněné teplotní pole jako nezbytný předpoklad zdravého odlitku. Seznáí se také s hlavníi etodai řešení teplotního pole soustavy odlitek-fora (izolace)-okolí k výpočtovéu posouzení či předpovědi stupně usěrněnosti tuhnutí. Cíle bakalářské práce: Shrnutí a posouzení principů a druhů tepelných izolací a zásypů k dosažení usěrněného tuhnutí s přihlédnutí ke kontrole resp. predikci utváření teplotního pole odlitku po odlití.

3 Sezna odborné literatury: Kavička F.: Terokinetika tuhnutí, ochlazování a ohřevu. Učební texty VUT-FSI Brno, 199, 15 stran Pavelek M. a kolektiv: Teroechanika. Učební texty VUT-FSI Brno, 2011, 192 stran Cengel Y.A., Boles M.A.: Therodynaics an engineering approach McGraw-Hil.l, Inc., USA, 1999,867 stran Kuneš J.: Modelování tepelných procesů. SNTL Praha, 1989,42 stran Vedoucí bakalářské práce: prof. Ing. František Kavička, Csc. Terín odevzdání bakalářské práce je stanoven časový pláne akadeického roku 2014/2015. V Brně, dne prof. Ing. Václav Píštěk, DrSc. Ředitel ústavu doc. Ing. Jaroslav Katolický, Ph.D, Děkan

4 Abstrakt Byly shrnuty druhy, principy a terofyzikální vlastnosti tepelných izolací a zásypů i jejich využití ve slévárenství s cíle zajistit usěrněné tuhnutí odlitků a tí jejich kvalitu. Je shrnuta nezbytnost nuerické siulace teplotního pole soustavy odlitek-fora (jádro)- okolí ke kontrole a predikci usěrněného tuhnutí. Jsou uvedeny některé koerční softwary využívající různé odely tuhnutí. Jako příklad použití jednoho z odelů je uveden postup, jak se přede výpočte rozhodnout, která ze dvou ožných izolací nálitku bude účinnější. Klíčová slova teplotního pole, etody řešení, nuerický odel, koerční softwary, usěrněné tuhnutí, tepelný gradient, tepelný uzel, chlazení, nálitkování, tepelné izolace a zásypy a jejich výběr Abstract Types were suarized, principles and thero-physical properties of theral insulation and backfilling and their use in the foundry industry to provide directionally solidified castings and then their quality. It suarized the need for nuerical siulation of theral field syste casting-for (core)-around the control and prediction of directional solidification. They are soe coercial software using different odels of solidification. As an exaple, using one of the odels describe the procedure as a pre calculation to decide which of two possible isolation of the riser will be ore effective. Keywords teperature field, solution ethods, nuerical odel, coercial software, directionally solidified, theral gradient, theral node, cooling, feeding, theral insulation and backfilling and their selection

5 Bibliografické citace Kos, J. Tepelné izolace a zásypy jako cesta k úspoře kovů a energií ve slévárenství. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, s. Vedoucí bakalářské práce prof. Ing. František Kavička, CSc.

6 ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že tato práce je ý původní díle, zpracoval jse ji saostatně pod vedení prof. Ing. Františka Kavičky, CSc. a s použití literatury uvedené v seznau. V Brně dne: Jéno a příjení

7 Poděkování Děkuji svéu vedoucíu práce prof. Ing. Františku Kavičkovi, CSc. za jeho trpělivost a rady. Dále kolegů z ého pracoviště, hlavně Ing. Jindřichu Šustrovi a é rodině, která ě podporovala.

8

9 1. Úvod Metody řešení teplotních polí odlitků a fory při tuhnutí Metody experientální Metody výpočtové Mateatický odel teplotního pole odlitku a fory Diferenční tvar Fourierovy rovnice Okrajové podínky řešení Koerční software Software NovaFlow&Solid Software Pal-Cast Software Maga a virtuální testovací pole, propojení ezi klasickou siulací a optializací Usěrněné tuhnutí Teplotní gradient Tepelný uzel Nálitkování Přirozené nálitky Mini nálitky Dělení nálitků do skupin Tepelné izolace a zásypy Tepelné izolace Exoterické zásypy Příklad využití nuerického odelu k výběru izolace Zadání, jeho rozbor a příprava řešení Výsledky řešení a jejich diskuze Dílčí závěr Závěr Sezna použitých zdrojů Sezna použitých zkratek, sybolů a veličin Sezna obrázků a grafů Sezna tabulek

10 1. Úvod Tepelné izolace a zásypy uožňují uspořit odlévané kovy i energii. Současně poáhají optializovat proces odlévání a snižovat celkové náklady na výrobu odlitku.[1] Při tuhnutí a chladnutí odlitků dochází k nestacionárníu D přenosu tepla a hoty v soustavě odlitek-fora (jádro)-okolí. Pro zjednodušení se přenos hoty zanedbá. V přenosu tepla je rozhodující jeho vedení popsané parciální diferenciální rovnicí Fouriera. Její řešení usí též vyhovovat tzv. počáteční a okrajový podínká. Jde o výrazně nelineární úlohu, protože terodynaické vlastnosti všech součástí soustavy i okrajové podínky se ění s teplotou. Znalost teplotního pole v této soustavě je dnes již pro slévárenskou technologii nezbytné. Rozvoj hardwaru a softwaru přináší nové ožnosti optializace, předpovědi kvality a vlastnosti vyráběných odlitků poocí siulačních prograů, z nichž některé lze aplikovat i v reálné čase. [2]. 8

11 2. Metody řešení teplotních polí odlitků a fory při tuhnutí 2.1 Metody experientální Vylévací zkouška Jde o jednu z nejstarších a dříve nejpoužívanějších etod stanovení průběhu tuhnutí. Spočívá v to, že řada stejných fore je zalévána a pak vylévána v přede stanovených časových intervalech po nalití. Následuje zěření tloušťky ztuhlé kůry kovu ve forě. Touto etodou se v podstatě získá jediná veličina a to rychlost tvoření kůry. Vylévací zkouška se často používala na ocelových ingotech. Nebyla vhodná pro neželezné slitiny s dlouhý intervale a široký páse tuhnutí, ani pro experientální výzku tuhnutí v pískové forě. Vylévací zkouška patří k etodá historický. Modelování lehkotavitelnýi ateriály Modelování tuhnutí poocí lehkotavitelných ateriálů ělo nahradit, podobně jako vylévací zkouška, teoretická řešení. Modelování spočívá v odlití a rozřezání odelu z lehkotavitelného ateriálu, který je tvarově shodný se zkouaný odlitke, a sledovat tak vliv různých technologických faktorů na velikost, polohu a tvar staženiny, případně sledovat rozdíly v průběhu tuhnutí jednotlivých průřezů odlitku vizuálně nebo poocí střídavě zabarvené odelující kopozice. Příé ěření teploty Vzhlede k tou, že tepelné pochody, které chladnutí odlitku nebo ingotu provázejí, ať v tuhé či tekuté fázi, jsou veli složité. Do nedávné inulosti bylo ožné použít pro jakoukoli soustavu odlitek (ingot)-fora-okolí a to i pro nejsložitější tvarové konfigurace, prakticky jedinou experientální etou, a to etou příého ěření teplot. Obecné použití á ěření poocí teročlánků. Je nutné si uvědoit, že výsledky ěření jsou zatíženy objektivníi chybai ěření, ať už jsou to chyby soustavné, dané povahou etody, vlastnosti přístrojů a pozorovatele, nebo náhodné, způsobené nepravidelnýi účinky. Je třeba dodržovat základní zásady a předpisy pro ěření, ezi jiný i požadavek reprodukovatelnosti ěření. Měření teplot odlitku a fory ve slévárně nebo huti za plného provozu probíhá ve ztížených podínkách. V dané stádiu výzkuu terokinetiky tuhnutí byly a jsou výsledky etody příého ěření, přes všechny její naznačené nedostatky nezbytné k rozvoji etod výpočtových a k jejich konfrontaci s fyzikální realitou. [2] 2.2 Metody výpočtové Analytické etody Řešení rovnice vedení tepla analytickýi etodai je znáo pouze v oezené počtu případů, vesěs jen pro úlohy jednorozěrné, tedy prakticky pouze pro jednorozěrnou Fourierovou rovnici za zjednodušujícího předpokladu že,, v c jsou konstanty. 9

12 Pro složitější případy z technické praxe nebývá použití analytických etod ožné. Analytická řešení zjednodušených odelů tuhnutí nepřinesla ani v dřívějších letech uspokojivé výsledky, i když ve své době byla nesporně přínose. Neuanovo řešení počítá s řešení poloasivu o počáteční teplotě T0 TLití 0C. Povrchová rovina se náhle ochladí na 0 C a zůstane konstantní. V ose X probíhá vedení tepla v čase 0 (Obr. 1). T p Obr. 1: Tuhnutí polonekonečného odlitku podle Neuanna [2] x 0 T x 0 T( x.0) T p 0C 0 T Lití Zjednodušující předpoklady: Odlitek na obr. 1 je polonekonečný. Tepelný tok je jednorozěrný v ose X. Rozhraní ezi tuhou fází a taveninou je rovina. Na rozhraní fází je dokonalý fyzikální styk. Teplota 0 C a je konstantní. T p Tuhnutí probíhá za konstantní teploty. Terofyzikální paraetry tekuté a pevné části se liší, ale jsou nezávislé na teplotě. V tavenině nedochází ke konvekci. Schwarzovo řešení je rozšířeno na foru, ve které odlitek tuhne jako jeden poloasiv x 0; ). Fora je uvažována jako druhý poloasiv x ( ; 0 viz Obr. 2. V čase 0 dojde k náhléu a dokonaléu fyzikálníu kontaktu odlitek-fora bez ohledu na to, zda je fora kovová nebo nekovová. 10

13 Obr. 2: Tuhnutí polonekonečného odlitku podle Schwarze [2] Zjednodušující předpoklady: Fora a odlitek jsou polonekonečné. Rozhraní fora-kov rozhraní tavenina-tuhá fáze je rovina. Na obou rozhraních je dokonalý fyzikální kontakt. Tuhnutí probíhá za konstantní teploty tuhnutí. Teplota na kontaktu fází je konstantní a rovna teplotě tuhnutí. Teplota na kontaktu fora-kov je v každé okažiku konstantní. Tepelný tok je jednorozěrný ve sěru osy X. Terofyzikální paraetry obou fází kovu i ateriálu fory se liší, ale jsou nezávislé na teplotě. Nedochází ke konvekci v tavenině. Nuerické a analogové etody jsou pro řešení terokinetiky tuhnutí perspektivní. Nekladou si za cíl exaktní řešení, nýbrž výsledky aproxiují s různou chybou aproxiace. Proto jako jediné ají naději na úspěch. Řešení spočívá v náhradě diferenciálních rovnic rovnicei diferenčníi, provedení prostorové a časové diskretizace. Analogové etody jsou dnes již překonané. Prostorová diskretizace spočívá v rozdělení objektu na eleentární objeové eleenty. Těžiště eleentu je nositele všech fyzikálních charakteristik např. teploty, vodivosti, ěrné teplo, hustoty a dalších., které jsou v celé jeho objeu konstantní. Všechny paraetry se skokově ění až na hranicích se sousedníi eleenty. Časová diskretizace je rozdělení daného děje na krátké časové kroky (časové úseky). V rozezí jednoho časového kroku je teplota a ostatní paraetry eleentu konstantní. Po uplynutí kroku se fyzikální veličiny skoke ění na nové hodnoty, které budou zase stálé běhe následujícího časového kroku. Myšlená těžiště objeových eleentů se stanou uzly výpočtové sítě. [2] 11

14 . Mateatický odel teplotního pole odlitku a fory Tuhnutí a chladnutí taveniny ingotu nebo odlitku a současný ohřev fory (kovové nebo nekovové) a jader je z hlediska nauky o přenosu tepla případ nestacionárního prostorového (třírozěrného) přenosu tepla a hoty. Jedná se tedy o veli koplikovaný problé, který přesahuje ožnosti klasických exaktních etod. Soustavu odlitek (ingot)- fora-okolí je nutno řešit jako celek. I přes snahu řešit zadaný úkol koplexně, ukazuje se nutnost rozdělit řešení na několik etap. V první etapě je účelné se zaěřit na přenos tepla v soustavě při nutné zjednodušení, že z jeho tří druhů tepla, kterýi se teplo v odlitku (ingotu) a forě šíří, je rozhodující vedení (v odlitku vedení tepla s vnitřní zdroje v podobě latentního tepla). Ukazuje se, že dosažené výsledky, i přes toto zjednodušení za dané úrovně výpočetní techniky i odborných znalostí o procesu tuhnutí a chladnutí, jsou velký přínose pro technickou praxi a výrazný kroke kupředu. Nestacionární vedení tepla v odlitku a ve forě je popsáno parciální Fourierovou diferenciální rovnicí, která ateaticky představuje popis časové zěny teploty v libovolné ístě tělesa, vyvolané výsledný přenose tepla a působení zdrojů energie. Zápis rovnice v kartézských souřadnicích: V některých případech kontinuálního nebo opakovaného kokilového lití ůže nastat stacionární nebo téěř stacionární případ vedení tepla v odlitku a ve forě. Stacionární vedení tepla je popsáno Laplaceovou parciální diferenciální rovnicí. Přes veškeré výpočtové obtíže, které proces tuhnutí a chladnutí zahrnuje, je nutné problé řešit, protože teplotní pole, jako souhrn okažitých hodnot teploty ve všech bodech odlitku (ingotu) nebo fory a jeho utváření v průběhu celého procesu je jední z rozhodujících činitelů, které ovlivňují kvalitu a hospodárnost výroby. S ohlede na značný rozsah teplot (od teploty ve slévárně, huti nebo laboratoři až po teplotu tavení případně lití technických kovů a slitin) je nutno při řešení Fourierovy rovnice respektovat proěnlivost terodynaických vlastnosti (tepelné vodivosti λ, ěrného tepla c a ěrné hotnosti ) s teplotou. Z těchto skutečností je nutné vycházet při volbě vhodné etody, která uožní řešení třírozěrných teplotních polí. Řešení Fourierovy rovnice usí též vyhovět počáteční a okrajový podínká řešení. Forulace okrajových podínek je většinou technicky obtížná. (1) Model teplotního pole Naději na úspěch řešení nastíněné probleatiky ají jen etody analogové (dnes již překonané) a nuerické za využití číslicových počítačů. Z těchto jsou k řešení Fourierovy rovnice nejčastěji používány etody sítí a etoda konečných prvků. Řešení aproxiují s různě velkou chybou aproxiace. Diferenciální rovnice (1) se převede do diferenčního tvaru prostorovou a časovou diskretizací. Je-li derivace teploty podle času nahrazena dopřednou diferencí, je výpočtová etoda explicitní. Její tvar dovoluje v každé uzlu zvolené výpočtové sítě explicitně vypočítat teplotu v následující časové okažiku, tj. za zvolený časový krok, znáe-li teploty tělesa na začátku tohoto kroku. Explicitní tvar uožňuje snadnější prograování použité 12

15 nuerické etody na počítači než např. tvar iplicitní. Iplicitní forule se získá náhradou derivace teploty podle času zpětnou diferencí. Diferenční rovnici je třeba současně řešit ve všech uzlech zvolené výpočtové sítě, protože neznáou teplotu nelze vypočítat přío z jediné rovnice. Proto se jeví vhodnější etoda explicitní, i když á proti etodě iplicitní nevýhodu v to, že na volbě délky časového kroku závisí stabilita řešení. Velkou výhodou iplicitních etod je totiž právě stabilita řešení pro libovolně dlouhý časový krok, který se při jejich použití volí jen s ohlede na chybu časové diskretizace úěrnou. Při řešení teplotního pole soustavy odlitek-fora-(jádro)-okolí je nutností ateaticky odelovat fázovou přeěnu taveniny v tuhou fázi. Zěna fáze je doprovázena skokovou zěnou paraetrů Převedení diferenciální rovnice (1) do diferenčního tvaru je koplikováno právě touto skokovou zěnou paraetrů a nutností odelovat vývin latentního tepla při přechodu fáze. [5].1 Diferenční tvar Fourierovy rovnice Obr. : Bilanční schéa uzlového bodu sítě [5] Diferenční tvar rovnice (1) pro explicitní vyjádření neznáé teploty v kartézských souřadnicích odvodíe z tepelné bilance obecného uzlového bodu ( sítě. Bilanční schéa tohoto uzlu je na Obr.. Obje prvku reprezentovaný uzle, je ohraničen plochai. Teplo akuulované v objeu za časový krok je dáno rovnici (4). [J] (4) 1

16 Tepelné toky až jsou kolé na ohraničující plochy až se stejný indexe. Akuulované teplo zění v průběhu časového kroku teplotu uzlu na. Zápis rovnice (5) je připraven pro náhradu derivace teploty podle času dopřednou diferencí: [J] (5) Teplo přitékající do uzlu ( za krok (v rozezí časů k+1 a k), např. přední plochou eleentu, lze psát rovnici (6). nebo např. vrchní plochou rovnice (7) [J] (6) [J] (7) Analogicky je ožno vyjádřit i ostatní tepla přitékající do uzlu za krok z rovnice (4). Pro zjednodušení zápisu se zavedou do rovnice (8) výrazy,, S,,,, L (8) které charakterizují fyzikální paraetry rovnic (4) a (5) se dostane rovnice (9) a geoetrické rozdělení sítě. Spojení (9) Neznáá teplota uzlu v čase k+1 je dána explicitní vztahe [ C] (10) Podle rovnice (10) se provede výpočet neznáé teploty uzlu sítě, který je ve forě nebo jádře. Pro objeové eleenty odlitku zapíšee rovnici (5) ve tvaru rovnice (11). [J] (11) 14

17 kde je zaveden rozdíl entalpií (tepelného obsahu), tedy úbytek entalpie uzlu odlitku za časový krok. Explicitní vyjádření neznáé entalpie uzlu v čase k+1 rovnicí (12) v odlitku se získá spojení rovnic (4) a (11). + [ ] (12) Neznáá teplota uzlu odlitku se stanoví z funkční závislosti. Tuto závislost, která se pro daný ateriál taveniny stanoví, lze scheaticky naznačit na Obr. 4. V rozezí teplot likvidu a solidu je úbytek entalpie roven skupenskéu teplu fázové přeěny L. Obr. 4: Obecná závislost entalpie tuhnoucí taveniny na teplotě. [5] Při výpočtu teplot eventuálně entalpií ve forě (jádře) a odlitku z rovnice (10) a (12) je třeba volit časový krok tak, aby byla dodržena, jak již bylo řečeno, podínka stability řešení. [5].2 Okrajové podínky řešení Při sestavování bilančních rovnic na okrajích sítě je nutno přihlížet k okrajový podínká. Na okrajích sítě ve styku s okolí (prostor slévárny, hutě, laboratoře) se uvažuje většinou okrajová podínka třetího druhu. Při sestavování bilančních rovnic na vnitřní povrchu (na styku fora-odlitek nebo jádro-odlitek) se případně aplikují okrajové podínky všech čtyř druhů. Závisí to na to, jaký způsobe se charakterizuje přestup tepla na rozhraní odlitek-fora, eventuálně odlitek-jádro. 15

18 Hlavní okrajové podínky, který je nutno vyhovět při řešení Fourierovy rovnice, jsou totiž čtyř druhů: 1. druhu je zadána teplota na povrchu tělesa (index p) v závislosti na čase T f x, y, z, [ C] (1) p 1 p p p 2. druhu - je zadán tepelný gradient na povrchu tělesa, kde na levé straně je zápis parciální derivace teploty podle norály (n) k povrchu; výraz též charakterizuje tepelný tok. [ C] (14). druhu je zadána teplota okolí a součinitel přestupu tepla ezi tělese a okolí [ ] (15) 4. druhu - jsou zadány terodynaické vlastnosti a teplotní pole tělesa 2, které přijde v okažiku do dokonalého fyzikálního styku s povrche řešeného tělesa 1 [ ] (16) Není zde podán přehled všech nuerických etod, kterýi je ožno nastíněný ateatický odel řešit. Siulace vývinu latentního tepla fázové přeěny zavedení entalpie není zatí zcela běžná. [5] 16

19 4. Koerční software Koerčních softwarů je velké nožství. Všechny jsou založeny na vlastní odelu tuhnutí. Začaly vznikat na začátku 90. let inulého století. Poáhají lépe pochopit fyzikální, cheické a tepelné procesy, ke který dochází běhe lití, tuhnutí a chladnutí odlitků. Optializací procesu výroby odlitku se šetří ateriál i peníze. Zlepšuje se jakost odlitků. [6] 4.1 Software NovaFlow&Solid Pro lepší představu o uístění odlitku, vtokové soustavy a nálitků ve forě je vhodné provést siulaci tuhnutí saotného odlitku. Siulace ukáže probleatická ísta. Zpracování dat dílčích siulací lze navrhnout technologický postup bez vad. Až poté se spouští celková siulace plnění a tuhnutí, jejichž výsledky jsou zpracovány celke rychle a přesně. Software uožňuje sledovat tepelné oduly v různých ístech odlitku. NovaFlow&Solid á oezené ožnosti zadávání okrajových podínek. Provedená srovnání siulací se třei experientálníi odlevy do pískových fore prokázala odchylku výskytu vad v odlitku oproti siulaci ve 2 6%. [6] 4.2 Software Pal-Cast je složitější než NovaFlow&Solid. Před zahájení siulace je třeba vytvořit spojitý D odel odlitku v nějaké CAD systéu vytvořit spojitý D odel fory v nějaké CAD systéu vygenerovat povrchovou síť FEM etodou konečných prvků načtení aktualizovaného odlitku do siulace pro vytvoření výpočtové sítě FDM přiřazení ateriálů jednotlivý entitá nastavení okrajových podínek spuštění a vyhodnocení siulace Software á vysokou íru spolehlivosti. Porovnání siulací s experienty prokázalo odchylku ve výskytu vad v rozezí 1 %. Progra uožňuje vyhodnocovat průběh plnění, tuhnutí, ochlazování odlitku a předpovědi staženin. Uí řešit i vnitřní pnutí a výpočty struktur ateriálu. Nevýhoda spočívá v nutnosti zadání noha paraetrů a tí zvýšení časové a hardwarové náročnosti. [6] 4. Software Maga a virtuální testovací pole, propojení ezi klasickou siulací a optializací Software Maga slouží k optializaci výrobních procesů odlitků. Virtuální testovací pole tvoří části: optializační proěnné, počáteční procesní nebo geoetrické paraetry, které se ohou ěnit běhe optializace výstupní hodnoty kritérií vypočtených v D siulaci cíle nuerické optializace 17

20 Nuerická optializace Verze 0 je základní verze s nastavenýi paraetry. Optializačníi proěnnýi je yšlen počet, velikost a uístění nálitků i s cheický složení slitiny. Výsledky siulací jsou použity pro posouzení kvality navrhovaných technologických postupů, plnění fory, tuhnutí odlitku, vnitřních vad, ikrostruktury a echanických vlastností. Obr. 5: Schéa jednoduchého virtuálního testovacího pole [8] Obr. 5 zobrazuje litinový odlitek, u kterého je zkouán vliv cheického složení na tvrdost. Na odrých osách jsou znázorněny ěnitelné paraetry. Orientace os ukazuje různé vlivy těchto paraetrů. Jednotlivé siulační výsledky jsou zaznaenány zelenou tečkou. Hodnoty z virtuálního pole lze vzájeně porovnat v diagraech vlivů. Obr. 6: Diagra vlivu ědi na tvrdost jako funkce v softwaru Maga v litinové odlitku [8] Obr. 6 znázorňuje vliv ědi na tvrdost. Každý zelený bod reprezentuje siulovanou variantu. Z Obr. 6 vyplývá, že s rostoucí procente ědi stoupá tvrdost litiny, protože ěď příznivě ovlivňuje tvorbu perlitu. 18

21 Obr. 7: Diagra vlivu ědi na ez pevnosti jako funkce v softwaru Maga v litinové odlitku [8] Obr. 7 ukazuje vliv obsahu ědi na ez pevnosti v tahu. Progra Maga vyhodnocuje prvky, které ají na tvrdost největší vliv, a při optializaci do procesu neusí vstupovat všechny počáteční paraetry. Obr. 8: Propojení testovacího pole s různýi optializačníi cíli [8] Obr. 8 zachycuje různé optializační cíle. Některé optializace ohou být ve vzájené rozporu. Progra hledá autoaticky nejlepší řešení. [8] Zvyšování jakosti ocelových ingotů za pooci nuerických siulací v prograu Maga Ocelové ingoty jsou charakterizovány progresivní tuhnutí, což je tuhnutí od stěn kokily k tepelné ose. Pro zdravý odlitek je třeba brát v úvahu faktory ovlivňující tuhnutí: cheické složení, přehřátí taveniny, čas lití, rozěry kokily a prostup tepla kokilou. 19

22 Na základě výsledků siulace lze stanovit výslednou jakost ingotů a předpovědět kde vzniknou staženiny a věstky. Ingot se vyznačuje velkou výškou a alou šířkou. Koeficient přestupu tepla ezi ingote a kokilou se uvažuje konstantní po celé výšce. Čí více specifických podínek tuhnutí se do siulace podaří zahrnout, tí přesnější výsledky software nabídne. Při optiální navržení procesu dojde k usěrněnéu tuhnutí. Přenos tepla se řídí základníi echanisy. Ke zpoalení procesu tuhnutí se hlavová část vyplní izolací a hladina zasype izolační zásype. S poocí siulace lze analyzovat všechny aspekty výroby ingotu. Vizualizace toku taveniny běhe plnění ukáže rozložení teplotního pole, lze tak předpovědět tvorbu staženin a prasklin v patní části ingotu a předejít vzniku teplotních uzlů daleko od dosazovacích zón a tí i pnutí v ingotu. Přenos tepla, izolace a tvar hlavy spolu se zásype hladiny taveniny ají velký vliv na tuhnutí. Tvar hlavy je ovlivněn poěre výšky k šířce. Přenos tepla ezi odlitke a kokilou, vzhlede k velké tepelné vodivosti, nečiní probléy, jelikož kokila dobře odvádí teplo. Přestup tepla ezi kokilou a okolí je dán koeficiente přestupu tepla, který ovlivňuje nožství odvedeného tepla na stykových plochách. Koeficient přestupu tepla je neěřitelná, dopočítávaná veličina. Při inverzní odelování přestupů tepla se provede ěření ohřevu kokily. Teročlánky zěří reálné teplotní pole po odlití ingotu. Naěřené hodnoty se pak zanesou do siulace. Jen tak lze věrohodně předpovědět rozložení vnitřních vad (Obr. 9). [9] Obr. 9: Odchylky ezi naěřenýi siulovanýi teplotníi křivkai byly inverzní odelování inializovány pro všech pět teročlánků po celé výšce ingotu. Oranžová křivka v pravé části obrázku zachycuje výškově závislé koeficienty přestupu tepla, s niiž bylo dosaženo nejlepšího překrytí teplotních křivek. Standardně se uvažuje, že koeficient přestupu tepla je konstantní po výšce ingotu zobrazen zelenou křivkou. [9] Minializují se odchylky ezi ěření a siulací (Obr. 10). 20

23 Obr. 10: Schéa inverzního odelování koeficientů přestupu tepla ezi ingoty a kokilou. S prograe pro autoatickou optializaci slévárenských procesů ohou být inializovány odchylky ezi siulací získanýi a skutečnýi teplotníi křivkai na vnější povrchu kokily. [9] Obr. 11: Výsledky siulace tuhnutí s použití koeficientů přestupu tepla, které byly získány inverzní odelování. Levý obrázek zachycuje lokální časy tuhnutí uvnitř ocelového ingotu. V pravé části obrázku jsou patrné oblasti, které budou tuhnout poaleji než okolí a dojde zde k zaškrcení zbytkové taveniny, což vede k výskytu staženin. [9] Obr. 11 ukazuje na zbylou tuhnoucí oblast u paty ingotu. Oblast těsně pod hlavou je ztuhlá a neuožňuje dosazení do patní části. V této oblasti vzniknou vady. Siulace uožňuje sledovat pohyb taveniny a věstků vlive konvekce. Věstky se koncentrují v oblasti tepelných uzlů. [9] 21

24 5. Usěrněné tuhnutí Siulace teplotního pole odlitku á zajistit usěrněné tuhnutí. V průběhu tuhnutí odlitku dochází ke zěná teplotního gradientu. Postupující tavenina se ochlazuje plynule sěre od nejvzdálenějšího konce odlitku ke vtokové soustavě nebo nejbližšíu nálitku. K dosažení usěrněného tuhnutí usí být teplotní gradient vždy kladný. Bezprostředně po ukončení lití se porovná teplota v nejvzdálenější konci fory a u vtoku. Získá se představa o počáteční teplotní gradientu v odlitku. Záporný teplotní gradient způsobuje staženiny a řediny. Na teplotní pole odlitku á vliv velikost odlitku, tloušťka jeho stěn a rozložení tepelných uzlů. [] 5.1 Teplotní gradient Při počáteční kladné teplotní gradientu neusí ještě dojít k usěrněnéu tuhnutí. Vlive chladnutí stěn odlitku o různých tloušťkách uže být teplotní pole rozloženo nerovnoěrně. Dochází k situací, kdy zesílená stěna chladne poaleji než okolí a neuožní dosazení dalšího ateriálu. Vznikají podtlakové staženiny. Po zchladnutí odlitku se ohou objevovat deforace vlive pnutí, které vzniká velký teplotní gradiente při poalé lití a deforuje odlitek. V extréní případě uže roztrhnout povrch odlitku. Malý teplotní gradient je způsoben velkýi licíi rychlosti a tlaky. Při využití podnálitkové vložky se trhlina vytvoří v ístě kontaktu nálitku s odlitke, kde ničeu nevadí. Tavenina tuhne ve všech částech odlitku více éně stejně, což á za následek iniální deforace, ale velké nebezpečí vzniku záporného tepelného gradientu se všei jeho důsledky. Kolik se v odlitku vyskytuje tepelných uzlů, tolik by ěl ít odlitek nálitků, pokud tepelný uzel nebyl eliinován jiný zásahe např. chlazení. [] Příčný teplotní gradient Interval tuhnutí ve stěně je určen chování slitiny. Na Obr. 12a je slitina s intervale tuhnutí L, S. Na Obr. 12b je naznačen řez stěnou. Obr. 12: Charakteristika tuhnutí stěn odlitku a) rovnovážný diagra b) slitina s intervale tuhnutí, c) čistý kov, d) eutektická slitina [] 22

25 Po odlití je dáno rozdělení teplot ve stěně odlitku křivkou I. Křivka II začíná na hranici likvidu, kde začíná tuhnutí. Zbytek křivky je nad likvide, kde se nachází tavenina. Křivka III probíhá oblastí ezi solide a likvide, kde se nachází tavenina s tuhnoucíi krystaly. Část křivky vybíhá nad likvidus, ta kde je tavenina. Křivka IV se vyskytuje ve třech hladinách se ztuhlýi kraji pod čárou solidu. Tuhnoucí krystaly a tavenina se nachází v oblasti ezi solide a likvide a na křivce likvidu se nachází tavenina. Mezi solide a likvide probíhá páso taveniny (Obr. 12c a 12d) ohraničené isosolidou (ta spojuje ísta, konců tuhnutí) a isolikvidou (spojující ísta začátků tuhnutí). Odlitek chladne od stěny sěre k tepelné ose, ideálně ve středu odlitku. Tepelná osa ění svoji polohu, protože chladnutí z obou sěrů neusí probíhat stejně. (Obr. 1). [] Obr. 1: Poloha tepelné osy stěny odlitku a) různé forovací ateriály po obou stranách, b) různá tloušťka téhož ateriálu po obou stranách, c) kobinace písková fora - kokila, d) vliv zakřivení stěny. [] Podélný teplotní gradient Podélný teplotní gradient vyjadřuje okažité teploty kovu podél tepelné osy. Obr. 14: Křivky podélného teplotního gradientu při lití vrche [] 2

26 Obr. 14 znázorňuje jednoduchý odlitek s intervale tuhnutí, kde kov vtéká do fory vrche a do nálitku spode. Po skončení lití je gradient dán křivkou a. V čase se křivka gradientu posouvá sěre k fázi solidu. Bod B je přenesen na teplotní osu odlitku. Pod vzniklý bode B se nachází tavenina ve fázi tuhnutí. Se zvětšující se tloušťkou odlitku se prodlužuje čas tuhnutí. Bod C se nachází na isolikvidě a vše nad bode C je tavenina, bod C se nachází na isosolidě a vše pod bode C je ztuhlý S kov. To pokračuje až do bodu F S, kde je odlitek zcela ztuhlý a nálitek je ve fázi tuhnutí. [] S Kobinace příčného a podélného teplotního gradientu Páso tuhnutí je závislé na kobinaci obou teplotních gradientů. Poloha pása tuhnutí á velký vliv na správné nálitkování a tuhnutí odlitku. Na diagrau uvedené na Obr. 15a vlevo je část stěny odlitku s naznačenýi třei příčnýi řezy a Dále vpravo jsou znázorněna jednotlivá stádia podélného teplotního gradientu s přihlédnutí k intervalu tuhnutí. Na Obr. 15b jsou vyznačeny příčné teplotní gradienty v průřezech a rovněž s přihlédnutí k intervalu tuhnutí. Příslušné křivky příčného teplotního gradientu jsou zakresleny navzáje rovnoběžně, protože je předpokládán týž příčný teplotní gradient běhe tuhnutí ve všech třech uvažovaných průřezech. Obr. 15: Kobinace podélného a příčného a podélného gradientu při usěrněné tuhnutí a) podélný teplotní gradient, b)příčný teplotní gradient, c) poloha pása tuhnutí v průřezu odlitku [] 24

27 Na Obr. 15c v příslušných průřezech jsou pak zaneseny příslušné body likvidu a solidu zjištěné z Obr. 15b. Spojení příslušných bodů likvidu v průřezech se získají isolikvidy (čárkované), spojnice bodů solidus dávají isosolidy (plné). Levá základní část Obr. 15 je obdobou Obr. 14. Křivky podélného teplotního gradientu platí pro tepelnou osu, proto teploty zjištěné jejich protnutí s příslušnýi průřezy se přenesou na Obr. 15b na tepelnou osu. Tak si vzájeně odpovídá poloha bodů apod. (co do teplot) v části jejich polohou v části diagrau, protože tyto body v části Obr. 15b jsou vrcholy křivek příčného teplotního gradientu. Křivky příčného teplotního gradientu jsou pak zakreslovány scheaticky a jejich průsečíky s likvide a solide jsou přenášeny na Obr. 15c, který je kreslen v též ěřítku. Z Obr. 15c je patrno, že páso tuhnutí postupuje od povrchu sěre ke středu odlitku, nikoliv rovnoběžně s povrche, nýbrž skloněno k povrchu v určité úhlu. To je způsobeno tí, že v dolních částech odlitku á slitina nižší teplotu než nahoře. Isolikvidy i isosolidy postupující z obou stran se setkávají okažitě vždy jen v jedno bodě ležící na tepelné ose a sěre vzhůru o tohoto bodu se rozbíhají. Isolikvidy svírají úhel isosolidy. Z Obr. 15c je také patrno jak se rozšiřuje páso tuhnutí sěre k tepelné ose stěny odlitku. S postupe pása tuhnutí sěre k tepelné ose postupuje jejich vzájená průsečnice sěre k nálitku. Tento sěr posunu průsečnice je vyznačen šipkai na tepelné ose a je příznačný pro usěrněné tuhnutí. Pod bode ve stadiu III na tepelné ose je veškerá slitina ztuhlá, nad títo bode je určitá zásoba taveniny ezi krystaly (připoínající houby nasáklé vodou), která ůže ještě zaplnit právě vznikající ikrostaženiny v tepelné ose odlitku, takže odlitek při toto způsobu tuhnutí bude vnitřně zdravější než při jiné echanisu tuhnutí. Usěrněné tuhnutí v kobinaci s účelný nálitkování je tedy jedině správnou cestou k získání vnitřně zdravých odlitků.[] 5.2 Tepelný uzel Jeho okolí se dělí na oblasti, které ají svůj vlastní nálitek k doplnění zenšeného objeu. Oblast se chová jako by byla saostatný odlitke. Usěrněné tuhnutí se vyznačuje otvírání pása tuhnutí sěre k nálitku. Tepelné uzly, jsou části odlitku, které chladnou a tuhnou poaleji než zbytek odlitku. V toto ístě se soustřeďuje tavenina. Ocitne-li se tepelný uzel v cestě usěrněnéu tuhnutí, je usěrnění ztraceno. Obje jednotlivých oblastí je určující pro velikost nálitku. Správné rozložení nálitků á vliv na úsporu kovů a energie. Chlazení tepelného uzlu Další ožností, jak snížit ateriálové a energetické nároky, je systé chlazení, hojně využívaný u kovových fore. Chlazení eliinuje vznik tepelného uzlu a tí odpadá potřeba nálitku. Rozdělené oblasti se sloučí. Sloučené oblasti ají větší obje, proto je potřeba dienzovat nálitek na nové paraetry k zajištění usěrněného tuhnutí. Chlazení řeší problé spojení čtyř stěn do tzv. uzlu X. Metoda á i svá úskalí spojená s nedochlazení nebo přechlazení teplotního uzlu. [] 25

28 6. Nálitkování Nálitky jsou nezbytnou součástí soustavy. Slouží k dosazování dostatečného nožství taveniny do tuhnoucího odlitku, odstraňují objeové staženiny odlitku a zabraňují vzniku ředin. Stěny nálitku odvedou asi 40% tepla a neošetřenou hladinou se ztratí asi 60%. Dokonalý izolační ošetření a správný rozložení nálitků, dle terické analýzy, je využito až 60% objeu k dosazení taveniny do odlitku. Dobře navržené nálitky dokážou dodávat tekutý kov tuhnoucíu odlitku a zabránit vzniku staženin a ikrostaženin. Ke správné funkci je třeba dostatečný obje a odul. Modul je poěr ezi povrche a objee odlitku. Nálitky tuhnou až jako poslední a jsou co ožná nejenší. Soustřeďují se v nich nečistoty vyplavované z tekutého kovu a tvoří se v nich staženiny. Dosedací plocha je ísto, kde se nálitek spojuje s odlitke. Čí větší je tato plocha, tí jsou vyšší náklady na čištění povrchu při dokončování. Tento problé odstranila až podnálitková vložka. 6.1 Přirozené nálitky jsou historicky nejstarší způsob nálitkování. Skládají se ze stejného ateriálu, jako zbytek fory. Přirozený nálitek vlive tepelných ztrát využívá alou část svého objeu k dosazování kovu. Velký obje nálitku zajišťuje tepelnou izolaci dosazovaného kovu. 6.2 Mini nálitky zvyšují celkovou účinnost dosazování tekutého kovu při snížení velikosti nálitkových systéů. Úspora ateriálu je patrna na krychli o hotnosti 28,7kg (Tab. 1): Tab. 1: Rozdíly v dosazovací schopnosti a velikosti kontaktní plochy u různých typů nálitků. Přirozený Exoterický Mini nálitek nálitek uzavřený nástavec Hotnost nálitku kg 2 8,4 1, 2 Dosedací plocha c 15,8 7,5 19,6 ini nálitek obsahuje přísady, jako jsou křeičité písky, které zpoalují ztrátu tepla a zároveň exoterické přísady tuto ztrátu nahrazují ini nálitky s pružinovýi trny vytvářejí vrstvu písku ezi nálitke a odlitke, která chrání odlitek proti exoterický látká ini nálitky s kovovou vložkou, po které se nálitek pohybuje sěre dolů a zhutňuje forovací sěs pod sebou. Mezi nálitke a odlitke vzniká veli alý krček s výborný povrche po odloení. Mini nálitek je usazen na trnu. [7] 6. Dělení nálitků do skupin Nálitky se dělí podle uístění polohy vtoku či tepelného uzlu, dle působícího tlaku na hladinu kovu, tvaru nálitku a způsobu zaizolování nálitku. 26

29 Dle uístění ve forě: otevřené nálitky ústí na povrch fory uzavřené nálitky jsou uvnitř dutiny odlitku, většinou v jádře. Vlive silně zahřátého jádra dochází ke zpožďování tuhnutí v nálitku, proto dosedací plocha nálitek-odlitek neusí vyhovovat požadavku vepsaných koulí. Dle polohy vtokové soustavy: v přilehlých nálitcích bývá nejteplejší kov a jsou nejúčinnější díky své blízkosti k vtokové soustavě v polopřilehlých nálitcích již protekla tavenina částí dutiny fory a do nálitku vstupuje chladnější, účinnost je nižší odlehlé nálitky ají nejnižší účinnost. Tavenina prošla celou dutinou fory a do nálitku vstupuje již silně ochlazená Vůči tepelnéu uzlu či odlitku: příé nálitky jsou orientované na tepelný uzel shora boční nálitky jsou orientovány na tepelný uzel z boku Dle tlaku na hladinu kovu: podtlakové nálitky jsou velice álo účinné a je zde velké nebezpečí vzniku štíhlé staženiny. Nálitky jsou uzavřené, nepůsobí zde atosférický tlak, pouze etalostatický. atosférické nálitky jsou otevřené. Při dosazování taveniny působí atosférický tlak zároveň s etalostatický. přetlakové nálitky jsou uzavřené, zavádí se do nich kapsle s plynotvornou náplní, která po nalití taveniny a vzniku tuhé kůry vytvoří plyn, který ůže působit tlake až 0,MPa na hladinu kovu a dosazuje taveninu. Tlak plynu se obtížně reguluje. Tepelně ošetřené: nálitky zasypané jsou tepelně izolační zásypy, jako je písek a popílek nálitky zasypané exotericky jsou zásypy obsahující kysličníky železa a hliníkový prášek. Cheickou reakcí ezi těito látkai vzniká teplo. nálitky izolované jsou obložené izolační hotou buď zčásti, nebo celé exoterické nálitky zpoalují tuhnutí obklade z exoterické sěsi Dle průřezu: kruhové nálitky oválné nálitky eliptické nálitky ledvinovité nálitky [1] 27

30 7. Tepelné izolace a zásypy Izolace a zásypy zpoalují tuhnutí kovů v nálitcích zírnění tepelných ztrát. Jejich nejdůležitější paraetry jsou hustota ρ, ěrné teplo c a tepelná vodivost. Od toho se odvíjí skupenské teplo tání kovu, což je nožství tepla spotřebovaného na roztavení 1 kg. Izolace a zásypy se dělí na izolační a exoterické. V případě exoterických izolací a zásypů jde o dodání tepla nálitku uvolněného cheickou reakcí, např. ezi oxidy železa s hliníke. Exoterické nálitky ají lepší využitelnost tekutého kovu než izolační nálitky. Exoterická reakce hliníku a flouridových sloučenin á za následek degradaci kuličkového grafitu na lupínkový grafit. Od využívání flouridových reaktivních solí se upouští. 7.1 Tepelné izolace Tepelné izolace jsou ateriály, které snižují přenos tepla a tí značně prodlužují tuhnutí slitiny. O velikosti jejich součinitele tepelné vodivosti rozhoduje ěrná hotnost v závislosti na tvaru, velikosti, struktury a pórovitosti izolačního ateriálu. Využívají se v etalurgii železných a neželezných kovů, např. k izolaci nálitků, vtoků fore, tavících kelíků, íchačů a ohřívačů, vnějších i vnitřních obkladů všech druhů pecí, vtokových otvorů, vypustí pecí, licích žlabů, vtoků, pánví, nosičů filtrů a jako vysokoteplotní těsnění pro všechna použití. Nálitkové nástavce izolují největší plochu nálitku. Mohou být jak izolační, tak i exoterické. Díky izolační nástavců neusí být nálitek tak velký nebo ít vetší odul. Tí se snižují náklady na výrobu a čištění odlitku. Žáruvzdorný papír Izolační ateriál o síle 0,5-10 je dodávaný dle výkresové dokuentace zákazníka ve forě výřezu nebo přířezů přesných rozěrů. Maxiální tepelné zatížení je C v závislosti na síle a technologii zpracování. Skladování je nutné v suché prostředí. Flesibrex (Obr. 16, Tab. 2) je vyrobený z keraických hlinitokřeičitých vláken Sibral s organickýi pojivy. T 1100C 210 kg, kpa V t in 100. [10] ax, Tab. 2: Závislost na. T [ C] W W pro silu 5 K pro silu 8 K 400 0,106 0, ,148 0, ,276 0,24 28

31 Obr. 16: Žáruvzdorný papír Flesibrex [10] Fibratec NF 1260 je vyrobený na bázi keraického vlákna s vysokou tepelnou stabilitou, veli nízkou tepelnou vodivostí a odolností proti většině cheikálií T 1260C 185 kg. [11] V ax, Luiang LYTX 26-B (Obr. 17) je vyrobený z keraických vláken s nízkou tepelnou vodivostí, odolný proti většině cheikálií, s veli dobrou odolností proti teplotní šoků a pevnosti v tahu. T 1260C ax 200 kg, V kpa t in 0 [12] Obr. 17: Žáruvzdorný papír Luiang [12] Superwool Plus (Obr. 18, Tab. ) je vyrobený z vysokoteplotní izolační vlny a bio vláken s organickýi pojivy. Vyznačuje se vysokou pružností, odolností proti teplotní šoků, veli nízkou tepelnou vodivostí a je odolný proti zachytávání částic hliníku. T 1200C kg , t in 500kPa [12] ax, V Tab. : Závislost na. T [ C] W K 400 0, , ,2 29

32 Obr. 18: Žáruvzdorný papír Superwool Plus [12] Superwool HT (Obr. 19, Tab. 4) je vyrobený z vysokoteplotních izolačních bio vláken s organickýi pojivy. Vyznačuje se vysokou pružností, odolností proti prudký zěná teploty, veli nízkou teplotní vodivostí, nereaguje s tekutý hliníke a je hladký po obou stranách. T 100C ax, 210 kg, kpa V t in 450 [12] Tab. 4: Závislost na. T [ C] W K 400 0, , , ,25 Obr. 19: Žáruvzdorný papír Superwool HT [12] Vata z keraických vláken (Obr. 20, Tab. 5) Vyrábí se odstředivý rotační rozvláknění nebo rozfoukání taveniny oxidu hlinitého a oxidu křeičitého. Různýi poěry vstupních surovin a přídavke dalších koponentů je dosahováno odlišných vlastností. Využívá se na výrobu izolačních tvarovek, oprav ezer a spár, na realizaci torkretačních nástřiků pecí. Vyznačuje se nízkou tepelnou vodivostí, vysokou tepelnou stabilitou, je bez organických pojiv, odolává většině cheikálii a tepelný šoků. [12] Tab. 5: Závislost na. kj ax c T C kg K LYTX ,1 LYTX ,1 LYTX ,16 0

33 Obr. 20: Vata z keraických vláken [12] Žáruvzdorné rohože Izolační ateriál se vyrábí o síle 6-50, šířce 610 a délce dle zvolené síly. Maxiální tepelné zatížení je C v závislosti na síle a technologii zpracování. Rohože z keraického vlákna Fibratec HPS, HP, HTZ, Superag (Obr. 21, Tab. 6) Pro zlepšení echanických vlastností jsou oboustranně prošity keraický vlákne. Odolávají většině cheikálií, teplotní šoků a neobsahují pojiva. Izolují pece, poklopy a kokily. [11] Tab. 6: Závislost a na. [kg] kg kj V role c kg K 10,7 96 1,1 14, 128 1,1 17, ,1 Obr. 21: Žáruvzdorné rohože Fibratec HPS, HP, HTZ, Superag [11] Fibratec HPS (Tab. 7 9) T 1260C ax, 64 kg, V MPa t 55 Tab. 7: Závislost na. T C W 0,10 0,12 0,19 0, 0,4 0,50 K 1

34 Fibratec HP T 115C ax, 96 kg, V MPa t 69 Tab. 8: Závislost na. T C W 0,07 0,09 0,15 0,25 0,4 0,41 K Fibratec HTZ T 1425C ax, 128 kg, V MPa t 8 Tab. 9: Závislost na. T C W 0,06 0,07 0,12 0,20 0,26 0,0 K Fibratec Superag (Tab ) Tax 1260C, Tab. 10: Závislost na. 96 kg V T C W K 0,07 0,14 0,2 0,29 0, Tab. 11: Závislost na. 128 kg V T C W K 0,06 0,12 0,19 0,24 0,28 Rohože z keraického vlákna FLX 1600 (Tab. 12 1) Prošívací rohože z ohnivzdorného keraického vlákna, které jsou využívané kj k tepelně izolační vyzdívká pecí Tax 1600C, c 1, 16 [11] kg K 2

35 Tab. 12: Závislost na. 100 kg V T C W K 0,18 0,6 Tab. 1: Závislost na. 10 kg V T C W K 0,2 0,42 Rohože z keraických vláken LYTX-212, 12, 512 Obr. 22, (Tab ) vyznačují se nízkou tepelnou vodivostí, veli dobrou pevností v tahu, odolností proti většině cheikálií a teplotní šoků. Využití nacházejí při izolaci pecí, vík pánví a kg kg jako vysokoteplotní těsnění. Dodávají se v objeové hotnosti 96 a 128. [12] Obr. 22: Žáruvzdorné rohože Lytx-212,12,512 [12] LYTX-212 T 1260C ax, 128 kg, V kpa t 40 Tab. 14: Závislost na. T C W 0,045-0,060 0,085-0,110 0,152-0,200 K LYTX-12 T 1260C ax, 128 kg, V kpa t 40 Tab. 15: Závislost na. T C W 0,052-0,07 0,095-0,120 0,164-0,210 K

36 LYTX-512 T 1425C ax, 128 kg, V kpa t 40 Tab. 16: Závislost na. T C W 0,052-0,07 0,095-0,120 0,164-0,210 K Rohože z keraických vláken Cerablanket Tax 1260C Cerache Blanket Tax 1425C (Obr. 2, Tab ) ají výborné izolační vlastnosti, tepelnou stabilitu. obře odolávají re-krystalizaci a jsou prošívané dlouhýi neláavýi vlákny bez pojiv, odolné proti roztržení, teplotní šoků a většině cheikálií až na kyselinu fluorovodíkovou, fosforečnou a silné alkálie. Uplatňují se k izolaci kotlů, tavících, vypalovacích a sušících pecí, ke zpracování kovů a jako vysokoteplotní izolace. [12] Obr. 2: Žáruvzdorné rohože Cerablenket [12] Tab. 17: Závislost na. kg V t kpa Tab. 18: Závislost na. 64 kg V T C W K 0,07 0,12 0,20 0,0 0,4 Tab. 19: Závislost na. 96 kg V T C W K 0,06 0,11 0,16 0,2 0,2 4

37 Tab. 20: Závislost na. 128 kg V T C W K 0,06 0,10 0,15 0,20 0,7 Rohož z bio vláken Superwool Plus (Obr. 24, Tab ) je vyrobena z dlouhých vysokoteplotních izolačních vlněných vláken s výbornýi tepelně izolačníi vlastnosti bez obsahu pojiva a lubrikantu. Je pružná, odolná proti natržení a iunní proti teplotní šoků. Tax 1200C, t 75kPa. [12] Obr. 24: Žáruvzdorné rohože Superwool Plus [12] Tab. 21: Závislost na. 64 kg V T C W K 0,06 0,11 0,18 0,29 0,42 Tab. 22: Závislost na. 80 kg V T C W K 0,06 0,09 0,15 0,24 0,6 Tab. 2: Závislost na. 96 kg V T C W K 0,05 0,09 0,14 0,21 0,29 5

38 Tab. 24: Závislost na. 128 kg V T C W K 0,05 0,08 0,12 0,18 0,25 Rohož z bio vláken Superwool HT (Obr. 25, Tab ) je vyrobena z dlouhých vysokoteplotních izolačních vlněných vláken s výbornýi tepelně izolačníi vlastnosti bez obsahu pojiva a lubrikantu. Jsou pružné, odolné proti natržení a iunní proti teplotní šoků. Nereagují s cihlai obsahujícíi Al. T 100C ax. [12] 2 O Tab. 25: Závislost na. kg V t kpa Obr. 25: Žáruvzdorné rohože Superwool HT [12] Tab. 26: Závislost na. 96 kg V T C W K 0,05 0,10 0,19 0,2 0,48 0,69 Tab. 27: Závislost na. 128 kg V T C W K 0,04 0,08 0,14 0,2 0,4 0,48 6

39 Moduly Kerablok (Obr. 26, Tab. 29 1) vyznačují se vysokou hustotou 160 kg až kg V 240. Díky vysoké objeové hustotě ají vynikajících technických a fyzikálních paraetrů. Vyrábějí se lisování z rohoží prošívaných keraický vlákne ve třech variantách I, U, Z, dle výkresové dokuentace zákazníka. Jednotlivé typy se od sebe liší uložení vlákna. Bloky jsou k sobě kotveny vnitřně nebo z venku. Mezi jednotlivé bloky se vkládá vložka. [11] Obr. 26: Moduly Kerablok [11] Maxiální teplota je ovlivněna vlastnosti použité rohože z keraických vláken. Kobinovaný odulární blok je vyráběn z rohoží HTL Tax 1600C a HTZ Tax 1425C. Tab. 28: Přehled axiálních teplot odulů Kerablok Lisovaná HPS HP HTZ Superag Cobi rohož Tax C Tab. 29: Závislost na. 160 kg V T C W 0,14 0,250 0,50 K Tab. 0: Závislost na. 200 kg V T C W 0,120 0,220 0,00 K Tab. 1 Závislost na. 220 kg V T C W K 0,100 0,190 0,280 7

40 kj Vykazují stabilitu proti teplotní šoků, ají nízkou tepelnou vodivost c 1, 1, kg K odolnost proti většině cheikálií a nulový obsah pojiv. Vyžívají se pro izolaci pecí a kokil. [11] Žáruvzdorné a izolační tvarovky Keraické tvarovky jsou vyráběny z hlinitokřeičitých vláken s organickýi i neorganickýi příěsi pojiv. Metodou rozvláknění taveniny rotační způsobe lze vyrábět tvary dle výkresové dokuentace zákazníka. Uplatňují se předevší na izolaci nálitků, kokil, vtokové soustavy a pecních hledítek. Maxiální tepelné zatížení je T = C. [11] Tvarofor (Obr. 27) využívá se jako tepelná izolace do Tax 1200C. Dobře snáší tepelné šoky a oxidační prostředí. Vyznačuje se vysokou tepelnou reflexí, alou tepelnou vodivostí a kapacitou. Lze vyrábět pouze otevřené tvarovky. Využívá se ve slévárenství na izolaci tavících kelíků, vtokových otvorů, výpustí pecí, nálitků a nosičů filtrů. Měrná hotnost se přibližně pohybuje okolo 00 kg V. Kyseliny fosforečná, fluorovodíková, louhy a alkalické taveniny snižují tepelnou odolnost. [10] Obr. 27: Žáruvzdorné a izolační tvarovky Tvarofor [10] Tvarovky na bázi keraických vláken (Tab. 2 - ) vyznačují se nízkou tepelnou vodivostí, vysokou pevností a alou hotností. [11] Tab. 2: Závislost na. LD-200 LD-2600 LD-2800 LD-000 MD-200 MD-2600 MD-000 Tax C V kg

41 Tab. : Závislost na. LD- T C 200 W 16 K LD LD LD- 000 MD- 200 MD MD ,07 0,07 0,07 0,07 0,09 0,09 0,09 W 58 K W 760 K W 1094 K 0,09 0,09 0,09 0,09 0,10 0,10 0,12 0,12 0,12 0,12 0,14 0,1 0,1 0,15 0,17 0,17 0,17 0,20 0,17 0,17 0,21 Mikro-porézní ateriály Zachovávají si alou tepelnou vodivost v široké rozsahu teplot. Skládají se z navzáje izolovaných nebo propojených pórů. Výjiečnost ikro-porézních ateriálů spočívá ve vynikajících izolačních schopnostech při kryogenních teplotách. Účinně snižují hotnost a obje izolačních vrstev tepelné izolace. T C WDS High (Obr. 28) je ikro-porézní tepelně izolační ateriál s vynikajícíi izolačníi schopnosti. Využívá se k izolaci pecí při zpracování hliníku. Je citlivý na jakékoli kapaliny, které poškodí jeho ikro-porézní strukturu. Pokud se nenaočí, je jeho životnost takřka neoezená, proto se balí do Aluiniových folií. Dobře snáší tepelné šoky. kg Tax 1050C, V MPa t 1,, kj c 1, 05 do 400 C. [12] kg K ax W 0, 021 při 200 C, K Obr. 28: Mikro-porézní ateriály WDS High [12] 9

42 WDS Ultra (Obr. 29, Tab. 4) využívá se jako izolace zušlechťovacích a udržovacích pecí pro hliník a jako izolace průyslových pecí. Je citlivý na jakékoli kapaliny, které poškodí jeho ikro-porézní struktury. Odolává teplotní šoků od vysokých po nízké teploty. T 950C 20 kg V MPa t 0, 16, c ax, kj 0 do 800 C. kg K, 8 Obr. 29: Mikro-porézní ateriály WDS Ultra [12] Tab. 4: Závislost na. T C W 0,018 0,019 0,020 0,022 0,024 0,027 0,01 0,05 0,040 K WDS Labaflex Super (Obr. 0, Tab. 5) využívá se jako vnější izolace v hutní průyslu a slévárenství neželezných kovů. Má výborné izolační vlastnosti. Skládá se z anorganických silikátů. Je citlivý na jakékoli kapaliny, které poškodí jeho ikroporézní struktury. kg Tax 1100C, V MPa t 1, 45, c Tab. 5 Závislost na. T C W 0,024 0,028 0,04 0,041 0,051 K kj 0 do 800 C. [12] kg K, 8 Obr. 0: Mikro-porézní ateriály WDS Labaflex Super [12] WDS Labaflex (Obr. 1, Tab. 6) je využíván jako vnější tepelná izolace v hutní průyslu a slévárenství neželezných kovů. Skládá se z anorganických silikátů. Má nízké hodnoty tepelné vodivosti. Je citlivý na jakékoli kapaliny, které poškodí jeho ikroporézní struktury. T 1000C kg t 1, MPa, c ax, V kj 0, 8 do 800 C. [12] kg K 40

43 Tab. 6 Závislost na. T C W 0,021 0,02 0,028 0,04 0,042 K Obr. 1: Mikro-porézní ateriály WDS Labaflex[12] WDS Flexipor (Obr. 2, Tab. 7) á výborné izolační vlastnost, je vyroben bez ezer a spár což á za následek stabilní tepelné a izolační vlastnosti po celé ploše výrobku. Skládá se z anorganických silikátů. Využívá se ve slévárenské a hutní průyslu neželezných kovů. Je citlivý na jakékoli kapaliny, které poškodí jeho ikroporézní struktury. T 1050C kg V MPa t 1,, kj c 1, 05 do 400 C. [12] kg K ax, Tab. 7 Závislost na. 50 kg V T C 200 W K 0,024 Obr. 2: Mikro-porézní ateriály WDS Flexipor [12] Mikroporézní desky Keralight (Obr., Tab. 8) Vyrábí se z ateriálů s nejnižší tepelnou vodivostí. Izolují zadní části pecí a odlévacích zařízení a kokil. T 980C 258 kg. [11] V ax, 41

44 Tab. 8 Závislost na. T C W 0,016 0,017 0,020 0,0 K Obr. : Mikro-porézní ateriály Keralight [11] Izolační desky obsahují žáruvzdorná keraická vlákna s anorganickýi a organickýi pojivy nebo ohou být vyrobeny z kalciu-silikátové sěsi. Používají se převážně v aplikacích, kde je požadováno přesné opracování nebo nižší obsah izolace. Keraická vlákna o Tax C. Kalciu-silikátová vlákna o Tax C Desky z keraického vlákna Fibratec (Tab. 9 42) jsou vyrobeny z keraických vláken a organických i anorganických pojiv. Vyrábí se vakuovou technologii. Mají nízkou tepelnou vodivost. Jsou odolné proti teplotní šoků a většině cheikálií. Využívají se k izolaci pecí a etalurgických zařízení. [11] Tab. 9: Závislost na LD-200 LD-2600 LD-2800 LD-000 MD-200 MD-2600 MD-000 Tax C V kg

45 Tab. 40: Závislost na. LD- LD- LD- LD- MD- MD- MD- T C W 16 K 0,07 0,07 0,07 0,07 0,09 0,09 0,09 W 58 K W 760 K W 1094 K 0,09 0,09 0,09 0,09 0,10 0,10 0,12 0,12 0,12 0,12 0,14 0,1 0,1 0,15 0,17 0,17 0,17 0,20 0,17 0,17 0,21 Tab. 41 Závislost na HD-200 HD-2600 HD-000 Inorganic LD 1 MD Tax C V kg Tab. 42: Závislost na. T C HD- 200 W 16 K HD HD- 000 Inorganic LD 1 MD 0,1 0,1 0,1 0,07 0,07 0,09 W 58 K W 760 K W 1094 K 0,15 0,15 0,15 0,09 0,09 0,10 0,17 0,17 0,17 0,12 0,12 0,1 0,20 0,20 0,20 0,18 0,18 0,17 Kalciu-silikátové desky (Tab. 4 46) Vápenosilikátové desky jsou výbornýi izolanty, používají se jako vyzdívky zadních částí pecí. Uplatňují se v redukční atosféře pro svoji odolnost proti oxidu uhelnatéu a uhlovodíků. [11,12] 4

46 Tab. 4: Závislost na Kerasil 1000 Kerasil 1100 Tax C kg V Tab. 44 Závislost na. T C Kerasil 1000 Kerasil W K 0,078 0, W K 0,100 0, W K 0,122 0, W K 0,144 0,146 Tab. 45: Závislost a na Super Isol Super E Tax C kg V t MPa 1, 1, kj c 0,84 0,84 kg K Tab. 46 Závislost na. T C Super - Isol Super E 200 W K 0,08 0, W K 0,100 0, W K 0,12 0, W K 0,14 0,14 44

47 Žáruvzdorné desky Tibrex (Obr. 4, Tab. 47) vyrábějí se z hlinitokřeičitých žáruvzdorných vláken a anorganických pojiv. Mají vysokou tepelnou odolnost. Využívají se na izolaci pecí, vík pánví, íchačů a ohřívačů v hutnictví a slévárenství. T 1200C 450 kg V kpa t 150. [10] ax, Tab. 47: Závislost na. T C W 0,12 0,17 0,4 K Obr. 4: Žáruvzdorné desky Tibrex [10] Plastizol (Tab ) je keraický izolační ateriál vyznačující se vysokou pórovitostí, žáruvzdorností, objeovou stabilitou a odolností proti teplotní šoků. [16] Tab. 48: Závislost a na HB5 HB7 HB7/15 HB10/16 Tax C kg V MPa 0,8 2,0 2,5 5,0 t Tab. 49: Závislost na. T C HB5 HB7 HB7/15 HB10/ W 0,16 0,26 0,25 0,5 K 00 W 0,19 0,29 0,1 0,56 K 500 W 0,2 0,2 0,6 0,60 K 700 W 0,28 0,5 0,9 0,60 K 1000 W 0,6 0,41 0,44 0,64 K 45