авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Разработка и освоение технологии раскисления литейных сталей титаносодержащими прессованными псевдолигатурами

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Янбаев Фатих Мискадесович

РАЗРАБОТКА И ОСВОЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ РАСКИСЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ СТАЛЕЙ ТИТАНОСОДЕРЖАЩИМИ ПРЕССОВАННЫМИ ПСЕВДОЛИГАТУРАМИ

Специальность 05.16.04 – Литейное производство

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Нижний Новгород – 2006

Работа выполнена в Нижегородском государственном техническом университете (НГТУ).

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Тимофеев Г.И.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Чернышов Е.А., НГТУ

- кандидат технических наук Сенопальников В.М.

ООО «Проммет»

Ведущая организация - ОАО “Горьковский металлургический завод”,

г. Нижний Новгород

Защита диссертации состоится « » 2006 г. в « » час. в ауд. на заседании диссертационного совета Д.212.165.07 в Нижегородском государственном техническом университете по адресу: 603600, ГСП-41, г.Нижний Новгород, ул. Минина, д. 24.

Ваш отзыв на автореферат, заверенный печатью организации, просим выслать по указанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан « » октября 2006 года.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук, профессор В.А. Ульянов.

3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Выплавка стали в индукционных печах малой емкости, получила широкое распространение при производстве стального литья. В большинстве случаев в этих агрегатах используется кислая футеровка, а технологический процесс сводится к переплаву компонентов известного состава с последующим раскислением – предварительным (Мn, Si) и окончательным(Al, силикокальцием, Тi, РЗМ и др.). В условиях рыночных отношений, наряду с техническими факторами, существенную роль в оптимизации технологии выплавки стали для литья играет стоимость раскислителей. В работе предложен один из путей снижения стоимости раскислителей, основанный на использовании в качестве исходных материалов отходов машиностроения, в частности стружки титановых сплавов (85-99%Ti).

Это определяет актуальность работы по разработке эффективных, дешевых раскислителей и методов их ввода в расплав. Требование к вновь разрабатываемому раскислителю можно сформулировать следующим образом - низкая стоимость при не меньшей, чем у существующих раскислителей эффективности.

В настоящее время стружка титана в значительном количестве образуется на предприятиях оборонной отрасли. Эти отходы не применяются при плавке титановых сплавов. Использование для раскисления стали в ковше брикетов из стружки титановых сплавов не обеспечивает эффективности и стабильности результатов. Это особенно ярко проявляется при выпуске стали из малых печей. Брикеты, имея малую плотность и продолжительность растворения, превышающую время наполнения ковша, всплывают на поверхность расплава и ошлаковываются. Обдирочная, «грубая» стружка применяется при выплавке ферротитана в индукционных печах. Использование тонкой стружки, образующейся после чистовой обработки деталей, для этих целей в связи со значительным её угаром и опасностью воспламенения в печи затруднительно, чем и определяется высокая стоимость получаемого ферротитана. Применение этих отходов в качестве одного из компонентов комплексного раскислителя, без процесса сплавления позволит резко снизить потери титана в машиностроении и стоимость продукции. Поскольку известно, что наилучшие результаты по раскислению стали обеспечиваются при использовании титана совместно с алюминием, целесообразно в качестве второго компонента раскислителя применить производственные отходы сплавов алюминия в виде стружки. В этом случае алюминий является и раскислителем и связующим материалом, значительно облегчающим процесс прессования брикета. Одновременно это позволит устранить основной недостаток брикетов из титановой стружки – значительную продолжительность их растворения в стали. Брикет псевдолигатуры распадается по достижении температуры плавления алюминия. При этом в объем стали будут внесены дисперсные частицы титана,



4

значительная поверхность контакта которых с расплавом обеспечит высокую скорость и эффективность раскисления.

Работа выполнялась в соответствии с планом НИР Федерального агентства по образованию России, перечнем критических технологий, комплексными договорами о сотрудничестве между НГТУ и ОАО “Горьковский автомобильный завод” (ГАЗ), г. Нижний Новгород и заводскими программами по решению актуальных проблем литья.

Цель и задачи работы

Целью работы является разработка и освоение технологии раскисления литейных сталей, выплавленных в индукционных печах малой емкости титаносодержащими прессованными псевдолигатурами, изготовленными по предложенной в работе ресурсосберегающей и рациональной технологии использования титановых отходов в виде чистовой стружки.

Для достижения цели в работе поставлены и решены следующие основные задачи:

  • установить особенности технологии получения ферротитановых лигатур плавлением и термодинамические закономерности процесса раскисления сталей;
  • провести термодинамический расчет оптимального соотношения титана и алюминия в комплексной псевдолигатуре;
  • провести расчет необходимого количества псевдолигатуры для раскисления заданного объема стали на базе термодинамического анализа;
  • расчетным путем оценить скорость растворения частиц стружки титанового сплава в жидкой стали и определить допустимые размеры этих частиц;
  • расчетным путем оценить геометрические размеры брикета;
  • разработать технологию изготовления псевдолигатуры;
  • разработать технологию раскисления стали с помощью псевдолигатуры;
  • провести промышленное опробование разработанной технологии и оценку качества литья, получаемого в условиях её применения.

Научная новизна

  • на основе термодинамического анализа определены оптимальные соотношения титана и алюминия в комплексной лигатуре;
  • проведенные физико-химические расчеты позволили определить равновесную концентрацию кислорода в расплаве стали при раскислении псевдолигатурой с учетом сопутствующих реакций: взаимодействие титана с кислородом, азотом и углеродом; взаимодействие алюминия с кислородом и азотом;

5

  • на основе изучения механизма массопередачи определены оптимальные размеры частиц стружки в псевдолигатуре, обеспечивающие полное растворение титана при раскислении стали, выплавленной в печах малой емкости;
  • путем решения задачи теплопроводности разработана методика расчета геометрических размеров брикета псевдолигатуры.

Практическая ценность

  • разработан технологический процесс изготовления комплексного раскислителя в виде брикета, изготовленного методом прессования, с использованием в качестве шихты измельченной стружки титановых и алюминиевых сплавов. Технология позволяет утилизировать отходы и практически полностью исключить угар компонентов, имеющий место при изготовлении лигатур методом сплавления;
  • опробован в производстве, разработанный соискателем технологический процесс раскисления стали марки 40Л, выплавленной в индукционных печах малой емкости с кислой футеровкой. Обеспечено качественное раскисление стали, получение более благоприятной структуры, а также повышение механических свойств стали. Ожидаемый экономический эффект по литейному цеху ОАО “ГАЗ” составил 350 руб. на одну тонну годного литья.

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на двух Международных конференциях: “Роль науки, новой техники и технологий в экономическом развитии регионов” г. Хабаровска, “Нелинейная динамика и прикладная синергетика” г. Комсомольска-на-Амуре и трех Межвузовских Региональных научно-технических конференциях и семинарах г. Н. Новгорода.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе в центральных изданиях. Получен патент РФ на изобретение.

Структура и объем диссертации

Работа состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы из 125 наименований и приложений. Диссертация содержит 150 страниц машинописного текста, 24 рисунка и 27 таблиц.

6

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность данной работы для современной теории и практики литья, сформулированы цель и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен анализ технологии выплавки электростали в индукционных тигельных печах малой емкости с кислой футеровкой, получившей широкое применение в цехах литья по выплавляемым моделям. Рассмотрены этапы плавки, а также преимущества и недостатки выплавки стали в подобных агрегатах. Подробно рассмотрен процесс осаждающего раскисления (способы, элементы-раскислители, комплексное раскисление), а также технологические особенности, возникающие при проведении этой операции. По литературным данным приведены интервалы значений остаточного содержания различных элементов-раскислителей (РЗМ, Mn, Ti, Al и др.) в низкоуглеродистой стали марки 40Л, обеспечивающие наилучшие механические свойства сплава. Так концентрация остаточного титана составляет 0,02-0,04 %, а концентрация остаточного алюминия - 0,03-0,06 %.

Рассмотрены основные термодинамические положения раскисления стали титаном, алюминием, РЗМ и другими элементами. Приведена раскислительная способность этих элементов при их введении в расплав стали по отдельности. Выяснено, что титан является одним из эффективных раскислителей стали.

Приведены типы включений образующиеся в расплаве после раскисления, размеры неметаллических включений (НМВ), их плотность и конфигурация, а также величины углов смачивания продуктов реакции раскисления. Определено влияние различных НМВ на механические свойства стали. Выяснено, что основная масса НМВ, встречающаяся в твердой стали, принадлежит к классу эндогенных, образующихся в результате сложных физико-химических процессов в жидком, затвердевающем и твердом металле.

Рассмотрены методы производства комплексных лигатур, в том числе получаемых прессованием исходных материалов (псевдосплавов). Известно, что псевдолигатуры успешно используются в производстве сплавов на алюминиевой основе. В главе показана перспективность применения титаносодержащей прессованной псевдолигатуры, изготовляемой из отходов титановых сплавов в виде стружки при производстве стали в малых индукционных печах. Также показаны преимущества и экономичность прессового способа по сравнению с традиционными – сплавлением и алюмотермическим способом.

Проведенный анализ литературы и ознакомление с практическим опытом производства, показали – вопросы комплексного раскисления и механизма глобуляризации включений изучены не достаточно. Поэтому большой практический интерес представляют исследования по разработке рациональной технологии комплексного раскисления и её влияния на механические свойства стали.

7

В заключение главы ставятся задачи исследования и обосновываются пути их решения.

Во второй главе приводятся результаты теоретического исследования процесса раскисления стали 40Л титаносодержащей псевдолигатурой, на основе термодинамического анализа. Осуществлен выбор и расчет основных параметров процесса раскисления ( - активности элементов-раскислителей, продуктов реакций взаимодействия, - константы равновесия, - коэффициента активности), их значения приведены в таблице 1.

В работе представлены химические реакции взаимодействия титана и алюминия с кислородом стали. По этим реакциям рассчитано необходимое количество раскислителя.

При исследовании термодинамики раскисления стали важно определить влияние концентрации элемента-раскислителя на содержание и активность растворенного в металле кислорода. Псевдолигатура содержит два сильных раскислителя, отношение которых в ее составе не одинаково.

Таблица 1 Значения основных параметров процесса раскисления

Соединение Значения параметров
Ti3O5 - 0,684
TiN - 0,714
TiC - 0,827
Al2O3 - 0,641
AlN - 0,672




В работе проведены термодинамические расчеты по определению раскислительной способности титана и алюминия стали марки 40Л, при условии их совместного ввода (раскисление псевдолигатурой), результаты которых приведены на рисунке 1. Проведенные физико-химические расчеты показали, что из-за неодинакового влияния компонентов стали марки 40Л на коэффициент активности кислорода, титан имеет меньшее химическое сродство к кислороду, чем алюминий, а следовательно и меньшую раскислительную способность. Дополнительно были проведены расчеты раскислительной способности брикетов псевдолигатуры различных составов и различного содержания в массе раскисляемого расплава стали марки 40Л, результаты приведены на рисунке 1.

Проведен расчет, равновесной концентрации кислорода в расплаве стали при заданных содержаниях титана и алюминия по следующим выражениям констант химического равновесия для реакций:

8

, (1)

Совместное решение уравнений в системе (1) имеет следующий вид:

, (2)

По данным решения уравнения (2) построен график зависимости концентрации остаточного кислорода в стали от процентного содержания брикетов псевдорлигатуры в массе раскисляемого металла и от содержания титана и алюминия в брикете раскислителе (рисунок 1).



Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.