Разработка ресурсосберегающих технологий переплава стружечных отходов для изготовления отливок

На правах рукописи

ФАРИСОВ Рисун Данифович

РАЗРАБОТКА РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ ПЕРЕПЛАВА СТРУЖЕЧНЫХ ОТХОДОВ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВОК

Специальность 05.16.04 – Литейное производство

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Нижний Новгород – 2010

Работа выполнена на кафедре металлургии и литейного производства

ГОУ ВПО «Северо-Западного государственного заочного технического университета»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Иоффе Михаил Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Сафронов Николай Николаевич

доктор технических наук, профессор

Чернышов Евгений Александрович

Ведущая организация : ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский

государственный политехнический

университет»

Защита диссертации состоится 14 мая 2010 года в 15:00 часов на заседании диссертационного Совета Д 212.165.07 при Нижегородском государственном техническом университете им. Р.Е. Алексеева по адресу: 603600, г. Нижний Новгород, ул. Минина, д.24.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е.Алексеева

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

Автореферат разослан 13 апреля 2010 года.

Ученый секретарь

доктор технических наук, профессор В.А.Ульянов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Важнейшим направлением совершенствования и развития отечественного литейного производства в условиях рыночных отношений является максимальное снижение себестоимости производимых литых заготовок при обеспечении заданного качества. Это направление должно реализовываться, в первую очередь, за счет использования дешевых шихтовых материалов, полученных из отходов машиностроительных и механообрабатывающих производств.

По долгосрочным прогнозам стоимость металла непрерывно растет. В связи с этим перед предприятиями встает проблема полного использования любых отходов. Большую часть таких отходов составляет стружка. Переход металла в стружку составляет 25-50% при изготовлении деталей из заготовок. Переплав стружки в условиях рыночной экономики и конкуренции позволяет при рациональной технологии экономить значительное количество первичных дорогостоящих шихтовых материалов.

Для изготовления качественных отливок c максимальным использованием стружечных отходов необходима комплексная технология, включающая многооперационную подготовку шихты, в том числе дробление, сушку, рассев по фракциям, удаление ржавчины и пыли, магнитное сепарирование, а также плавку, печную и внепечную обработку и другие операции, вплоть до контроля и получения годных отливок.

В связи со сложностью использования стружечных отходов многие литейные предприятия не применяют переплав стружки, отдавая её за бесценок на крупные металлургические комбинаты. Там переработка стружечных отходов осуществляется с повышенным угаром.

При существующих технологиях переплава стружечных отходов потери металла на угар доходят до 30%, в связи с чем из хозяйственного оборота выпадает огромное количество ресурсов, которые безвозвратно пропадают.

Поэтому вопрос создания эффективного оборудования и технологий для изготовления отливок из стружечных отходов является весьма актуальным.

Объект исследования: Производство отливок из чугуна, медных и алюминиевых сплавов на основе переплава стружечных отходов.

Предмет исследования. Технологические процессы получения отливок из чугуна, медных и алюминиевых сплавов, предусматривающие переплав стружечных отходов. Технологические операции подготовки стружечных отходов различного состава. Показатели качества отливок, полученных с использованием подготовленных стружечных отходов.

Цель работы. Ресурсосбережение при производстве отливок за счет использования при их изготовлении стружечных отходов.

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

• проведен сравнительный анализ существующих технологий переработки стружечных отходов;
• разработаны новые комплексные технологии переработки стружечных отходов;
• выбраны рациональные виды плавильного агрегата для переплава стружечных отходов из конкретного сплава;
• усовершенствованы конструкции плавильных агрегатов;
• разработана математическая модель для оптимизации процесса переплава стружечных отходов по критерию минимальных потерь на угар;
• исследована возможность использования стружечных отходов для получения отливок.

Методы исследования. При решении поставленных в работе задач использовались инженерно-конструкторские разработки, моделирование, лабораторные и производственные эксперименты. Проводились промышленные эксперименты для изучения процесса затвердевания латунных заготовок в графитовом кристаллизаторе. При проведении экспериментов применялись методы математической обработки экспериментальных данных.

Научной новизной работы являются:

1. Методика выбора плавильного агрегата для переплава стружечных отходов, основанная на ранжировании печей по значению приоритетных чисел эффективности.
2. Комплексные технологии, основанные на систематизации и обобщении известных способов и на результатах экспериментальных исследований с использованием усовершенствованного оборудования для получения отливок из стружечных отходов.
3. Математическая модель электрошлакового переплава стружечных отходов, позволяющая определять и оптимизировать зависимость угара металла от параметров печи.
4. Новые способ и конструкция печи электрошлакового переплава стружечных отходов сплавов на основе меди и железа. Новизна подтверждается патентом №72227.
5. Результаты исследования процесса затвердевания латунной заготовки сплава ЛЦ40С в графитовом кристаллизаторе при непрерывном литье расплава, полученного из стружечных отходов.
6. Усовершенствованная конструкция печи постоянного тока для переплава стружки алюминиевых сплавов.

Практическая ценность работы состоит в том, что ее результаты позволяют получать отливки с использованием стружечных отходов при обеспечении низких потерь на угар.

На основе научных результатов работы разработаны и внедрены комплексные технологии изготовления отливок из промышленных стружечных отходов сплавов на железной, алюминиевой и медной основах.

Разработана комплексная технология изготовления отливок из поршневого заэвтектического силумина, включающая отделение от алюминиевой стружки засора чугунной стружки марки «нирезист», рафинирование, сушку стружки и приготовление из неё расплава.

На основе результатов, полученных при исследовании особенностей затвердевания непрерывного слитка и кинетики роста твердой фазы, установлены параметры литья для получения отливок из стружечных отходов.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Комплексная поэтапная технология подготовки стружки для получения отливок.

2. Выбор плавильного агрегата для переплава стружки черных и цветных сплавов осуществляемого на основании ранжирования печей по значению приоритетных чисел эффективности.

3. Математическая модель процесса переплава стружечных отходов

4. Результаты исследования процесса получения отливок из стружечных отходов.

Апробация. Проект «Ресурсосберегающие технологии в металлургии» по диссертационной работе в 2007 году стал победителем III республиканского конкурса «50 лучших инновационных идей Республики Татарстан». Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях «Наука и практика. Диалоги нового века» (г.Набережные Челны, КамПИ 2003г.); «Литейное производство сегодня и завтра» (г.Санкт-Петербург, 2004г.); «Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования, образование» (г.Санкт-Петербург, 2007г.); «Прогрессивные литейные технологии» (МИСИС, г.Москва, 2007г.); «Заготовительные производства и материаловедение» (г.Нижний Новгород, 2009г.) Материалы диссертации неоднократно докладывались на научных семинарах кафедры металлургии и литейного производства Северо-Западного государственного заочного технического университета, г.Санкт-Петербург.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 печатных трудов, в том числе 3 - в изданиях рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ. Получен патент РФ на полезную модель.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, основных выводов, списка литературы из 100 наименований и 5 приложений; содержит 124 страницы машинописного текста, 41 рисунок, 13 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении освещена актуальность темы, приводятся краткое содержание диссертации, основные научные результаты и практическая ценность.

Первая глава диссертации содержит обзор проблемы и критический анализ литературных источников. Проведен анализ литературных данных о переплаве отходов цветных и черных металлов, о процессах непрерывного литья. Рассмотрены критерии эффективности и тенденции развития конструкции печей для переплава отходов цветных и черных металлов, стратегии выбора перспективной разновидности непрерывного литья. Анализ литературных и патентных источников позволил установить, что существующие и применяемые в настоящее время системы переплава стружечных отходов не в полной мере удовлетворяют современным требованиям. В условиях рыночных отношений особое значение приобретает рациональное, экономное использование образующихся отходов. Это требует разработки новых технологий и оборудования.

На основе проведенного анализа сформулированы цель и задачи исследования.

Во второй главе представлена методика исследований и разработки технологического процесса подготовки шихты из смешанных стружечных отходов.

Разработана методика выбора плавильных агрегатов для переплава стружечных отходов, наиболее эффективным способом. Были сформулированы основные параметры процесса, на основании чего проводили ранжирование печей различной конструкции по значению приоритетных чисел эффективности переплава стружки различных сплавов.

При определении приоритетных чисел эффективности печей для переплава стружечных отходов учитывали показатели весомости параметров.

Результаты исследования оценивали по балльной системе и записывали в таблицу определения приоритетных чисел эффективности печей.

Расчеты по определению приоритетных чисел эффективности производили по формуле;

(1)

где С - сумма значений параметров, оцененных по балльной системе с учетом показателей весомости,

Бi - значение i – того параметра, оцененного по балльной системе,

Кi - коэффициент весомости i – того параметра,

i - порядковый номер параметра,

n – число учитываемых параметров.

В таблице 1 приведены перечень учитываемых параметров, диапазоны их изменения, коэффициенты весомости параметров.

Таблица 1

Таблица определения приоритетных чисел эффективности печей для переплава стружечных отходов

Nп / п	Параметры процесса	Диапазон изменения параметров		Коэф-ты весомости параметров Кi	Значение параметра для данного вида печи Бi
		Низший уровень	Высший уровень
1	Потери металла на угар	1	10	0,230	Б1
2	Производительность процесса переплава	1	10	0,205	Б2
3	Загрязнение окружающей среды	1	10	0,205	Б3
4	Качество металла	1	10	0,180	Б4
5	Организация производства	1	10	0,180	Б5
	ИТОГО			1,000