Способ обработки поверхности полуфабрикатов

 

Изобретение относится к струйно-абразивной обработке металлов и может быть использовано в металлургии для получения высокочистой лигатуры, применяемой при выплавке слитков легированных титановых сплавов. Способ позволяет при высоком качестве очистки удалить инородные загрязнения не только с гладкой поверхности литых полуфабрикатов, но и из раковин, пор, трещин, исключив потери годного металла. На обрабатываемую поверхность воздействуют воздушной смесью, в которой в качестве мелкодисперсных частиц используют возвратные и невозвратные отходы плавильного производства размерами не более 0,20 мм при объемной концентрации частиц 0,01 - 35% и давлении смеси 0,15 - 0,55 МПа, в завершение обработки проводят мойку и сушку полуфабрикатов.

Изобретение относится к струйно-абразивной обработке металлов и может быть использовано в металлургии для очистки поверхности слитков первого переплава и для получения высокочистых лигатурных полос и слитков, применяемых при выплавке легированных титановых сплавов.

Известен способ производства лигатуры марок BnAl-1 и BnAl-2 алюмотермическим способом (технологическая инструкция "ТИ СГМ 019-Л-98", с 25-26).

Лигатурные слитки после охлаждения очищают от шлака, окисных плен, белого налета, непроплавившейся шихты, глубоких пор и раковин, металлических и неметаллических включений, видимых невооруженным глазом.

Охлажденные слитки на плите очищают скребком или металлической щеткой от шлака и передают на операцию чистки. Чистку слитков производят металлическим молотком, стальным зубилом или металлической щеткой на специальном столе в помещении, специально отведенном для чистки слитков при работающей местной вентиляции и хорошей освещенности. После чистки слитки дробят на крупные куски лигатуры, которые используют для легирования при выплавке слитков титановых сплавов.

Недостатком известного способа является то, что это ручная механизированная операция с обильным выделением высокотоксичной пыли. Кроме того, при данном способе очистки поверхности наблюдаются довольно высокие потери металла лигатуры слитка, снижающие выход годного.

Известен процесс изготовления VAI лигатуры алюмотермическим методом (на фирме Reading Alloys INC (рекламный проспект) "Extending the Range of Machter Alloy Technology, p. 4, p. 5. Master Alloys Preparation).

После термитного процесса слитки очищают на установке дробеметной обработки барабанного типа стальной дробью. На дробильнык машинах измельчают до требуемых размеров частиц, производят фракционный рассев. При необходимости частицы лигатуры измельчают до размеров гранул, порошков.

В процессе обработки на дробемете частицы шлака и лигатуры перемешиваются с пылью и осколками стальной дроби (размером менее половины диаметра) и утилизируются в соответствии с традиционной технологией. Лигатуру VAI отличает высокая хрупкость. При обработке в дробеметной установке барабанного типа лигатура самопроизвольно разрушается с образованием мелких осколков, что вызывает дополнительную потерю основного металла. Кроме того, существует опасность загрязнения поверхности лигатуры железом, что является недопустимым при производстве титановых сплавов.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ обработки поверхности изделий, включающий операцию очистки поверхности от окалины, шлака и окисных пленок, при котором используется метод струйно-абразивной обработки поверхности водовоздушной смесью, наполненной мелкодисперсными частицами (SU 1740142 A1, публ. 15.05.1992) - прототип.

Недостатком прототипа является низкое качество очистки поверхности лигатурных слитков, к которым предъявляются высокие требования по чистоте, в связи с тем, что характеристики процесса не адаптированы к особенностям структуры литой поверхности, видам загрязнений поверхности слитков, химическому составу слитков. Это приводит к необходимости выполнения дополнительных операций по удалению инородных включений с поверхности слитков, в частности частиц железа, наличие которого недопустимо при выплавке титановых сплавов.

Задачей, на решение который направлено данное изобретение, является повышение качества обрабатываемой поверхности литых полуфабрикатов, утилизация отходов плавильного производства, улучшение санитарно-гигиенических условий труда.

Поставленная задача решается тем, что в способе обработки поверхности полуфабрикатов, включающем операцию очистки поверхности от окалины, шлака, окисных пленок и загрязнений струйно-абразивной обработкой путем воздействия на обрабатываемую поверхность водовоздушной смесью, включающей мелкодисперсные частицы, отличающийся тем, что в качестве мелкодисперсных частиц используют возвратные и невозвратные отходы плавильного производства, химический состав которых соответствует химическому составу обрабатываемых полуфабрикатов, при этом в водовоздушную смесь включают мелкодисперсные частицы размером не более 0,20 мм с их объемной концентрацией в водовоздушной смеси, равной 0,01-35,0%, воздействие осуществляют при давлении смеси, равном 0,15-0,55 МПа, а после очистки осуществляют мойку и сушку полуфабрикатов.

В качестве рабочей среды для очистки поверхности литых полуфабрикатов используют возвратные материалы в виде шлака, отходов от чистки слитков лигатуры (возвратная лигатура), пыли из вентиляционных систем приготовления шихты и невозвратных материалов в виде шлака. Применение отходов позволяет снизить стоимость операций обработки полуфабрикатов и одновременно утилизировать отходы.

Повышение качества очистки поверхности литых полуфабрикатов обеспечивают за счет высокоэффективного процесса очистки методом струйной обработки водовоздушной высокоскоростной струей, включающей твердые частицы.

Предлагаемый способ очистки отличает полное соответствие параметров процесса структуре обрабатываемой поверхности; химический состав частиц - химическому составу полуфабрикатов. Кроме того, возвратные и невозвратные отходы плавильного производства по химическому составу, размеру, форме, плотности позволяют оптимально использовать их в качестве технологического материала в предлагаемом способе.

Плавильное производство характеризует большой процент отходов в виде мелкодисперсных частиц и пыли. Использование этих отходов в переплаве, как правило, неэффективно. Технология утилизации требует дополнительных затрат.

Заявляемые характеристики процесса наиболее полно реализуют отличительные особенности способа, в особой степени способность струй потока проникать и вымывать загрязнения из микропор, трещин, раковин и т.д. Процесс самонастраивается на удаление поверхностного инородного слоя, основной металл полуфабрикатов не повреждается и не удаляется, шероховатость поверхности не изменяется.

В зависимости от вида загрязнений варьируют параметры процесса в следующем соотношении: - минимальная концентрация и максимальное давление для удаления окисных пленок и остатков химических загрязнений, например хлоридов, с поверхности титановых слитков после первого переплава; - максимальная концентрация и максимальное давление для удаления окалины и шлаков, например, с поверхности лигатурных слитков и полос: - минимальная концентрация и минимальное давление для удаления химических загрязнений с поверхности слитков титановых сплавов.

После очистки поверхности полуфабрикаты моют чистой воздушной струей и сушат потоком теплого сжатого воздуха.

Предлагаемый способ обработки дешев, универсален, эффективен для обработки поверхности литых полуфабрикатов, повышается качество очистки. Стоимость процесса существенно снижает многократное использование отходов плавильного производства. Снижаются затраты на утилизацию вредных отходов. Санитарно-гигиенические условия труда существенно улучшаются и соответствуют требованиям норм.

Пример 1. Проведена опытная работа по оценке эффективности обработки предлагаемым способом поверхности лигатурных слитков VAI. Производили очистку слитков от окалины и шлака. В качестве рабочего инструмента использовали ручной монитор. Для разгона мелкодисперсных частиц использовали сжатый воздух от цеховой магистрали давлением 0,315-0,75 МПа. Пульпу к монитору подавали под давлением 0,03-0,25 МПа. Материал пульпы: техническая вода и отходы плавильного производства. Апробировали следующие варианты состава пульпы: - лигатура, размер частиц 0,1 мм, объемная концентрация 15-35%; - возвратный шлак, размер частиц 0,15 мм, объемная концентрация 20-30%; - невозвратный шлак, размер частиц 0,20 мм, объемная концентрация 20-30%; - пыль из вентиляционной системы, размер частиц 0,07 мм, объемная концентрация 25-35%; - смесь перечисленных материалов.

По окончании процесса очистки слитки тщательно промыли чистой водой и обсушили потоком теплого сжатого воздуха.

Химический состав приповерхностных зон обработанных слитков соответствовал требованиям стандарта и не отличался от химического состава основного металла. При исследовании очищенной поверхности лигатуры на растровом электронном микроскопе инородных включений не выявлено. Потери годного металла слитка составили менее 0,042%.

Пример 2. Предлагаемый способ был опробован на натурных образцах слитков титана марки Gr2 и титановых сплавов Ti6A14V и Ti10V2Fe3Al. Способ использовали для очистки поверхности слитков от окисных пленок и хлоридов после первого переплава взамен существующей обработки на щелочно-моющей установке.

Проведена обработка поверхности слитков диаметром 720-850 мм, длиной 2300-2800 мм, установив взамен щеток монитор с параметрами, аналогичными примеру 1.

Материал пульпы: техническая вода и отходы с фильтров печей в виде мелкого конденсата.

Апробированы следующие варианты состава пульпы: - конденсат, размер частиц 0,030-0,050 мм, объемная концентрация 20-30%;
- конденсат, размер частиц 0,005-0,015 мм, объемная концентрация 0,01-0,015%.

После обработки слитков было отмечено высокое качество очистки поверхности. Загрязнения удалены полностью, исходная поверхность слитка не повреждена благодаря отличительным свойствам заявляемого способа, а именно: способности вымывать загрязнения с поверхности основного металла.

Пример 3. Лигатура 70% Ni 30% Mo. Лигатуру в виде полос 2 х 500 х 10000 мм изготавливают на установке жидкой прокатки. В результате окисления на поверхности образуются трудноудаляемые окислы никеля.

Щелочно-кислотное травление при выдержке в растворе азотной кислоты до 40 мин не удаляет окислы.

Материал пульпы: техническая вода и отходы с фильтров печей.

Для обработки горячекатаной поверхность лигатуры апробирован состав пульпы с концентрацией 25-30%, размером частиц 0,04-0,06 мм.

Качество обработки высокое, окалина удалена полностью без повреждения основы металла, инородных включений нет.

Поскольку литую поверхность полуфабрикатов характеризует пористая структура, то заявленный способ обработки практически не имеет альтернатив.

Таким образом, предлагаемый способ обработки поверхности полуфабрикатов обеспечивает высокое качество очистки, исключая потери годного металла и повышая тем самым выход годного, а также позволяет снизить затраты на обработку, утилизировать вредные отходы плавильного производства и улучшить санитарно-гигиенические условия труда.

Формула изобретения

Способ обработки поверхности полуфабрикатов, включающий операцию очистки поверхности от окалины, шлака, окисных пленок и загрязнений струйно-абразивной обработкой путем воздействия на обрабатываемую поверхность водовоздушной смесью, включающей мелкодисперсные частицы, отличающийся тем, что в качестве мелкодисперсных частиц используют возвратные и невозвратные отходы плавильного производства, химический состав которых соответствует химическому составу обрабатываемых полуфабрикатов, при этом в водовоздушную смесь включают мелкодисперсные частицы размером не более 0,20 мм с их объемной концентрацией в водовоздушной смеси, равной 0,01-35,0%, воздействие осуществляют при давлении смеси, равном 0,15-0,55 МПа, а после очистки осуществляют мойку и сушку полуфабрикатов.