Способ брикетирования металлической стружки


 


Владельцы патента RU 2547368:

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ "ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ "ПРОМЕТЕЙ" ФГУП "ЦНИИ КМ "ПРОМЕТЕЙ" (RU)

Изобретение относится к области брикетирования металлической стружки и может быть использовано при изготовлении брикетов для дальнейшей переработки, например, ковкой или электрошлаковым переплавом. Стружку измельчают, прессуют и осуществляют электроразрядное спекание с одновременным воздействием сжимающего давления. При этом величину сжимающего давления при прессовании варьируют от 0,06 до 0,15 предела прочности исходного брикетируемого материала, количество импульсов варьируют от 2 до 8. Продолжительность одного импульса устанавливают от 0,5 до 2,0 с, продолжительность промежутка между двумя отдельными импульсами - от 0,2 до 1,0 от продолжительности импульса, а суммарная продолжительность импульсов - от 1 до 16 с. Удельную энергию, подведенную при электроразрядном спекании, определяют по формуле Еуд= к · Тпл · С, где к - коэффициент, выбранный в пределах от 0,6 до 0,95; Тпл - температура плавления металла, К; С - удельная теплоемкость, кДж/(кг·К). Техническим результатом изобретения является снижение энергозатрат и повышение прочностных характеристик брикетов. 4 табл.

 

Изобретение относится к области брикетирования металлической стружки и может быть использовано при изготовлении брикетов для дальнейшей переработки, например, ковкой или электрошлаковым (ЭШП) переплавом.

Известны способы брикетирования металлической стружки с использованием пропускания электрического тока через брикетируемый материал.

Например, в способе [1] используется воздействие импульсным током плотностью до 2000 кА/см2, продолжительностью от 2 до 20 мкс. К недостаткам этого способа следует отнести значительный локальный перегрев материала, обусловленный высокой плотностью тока, приводящий к образованию микродефектов в виде сквозных отверстий, что ухудшает механические характеристики получаемого брикета.

В способе [2] используется суперпозиция постоянного тока плотностью 0,4 кА/см2 и переменного тока плотностью 0,1 кА/см2, частотой 2 кГц в течение 60 с. Недостатком способа является высокая остаточная пористость (до 15-20)%, вызванная недостаточной интенсивностью подвода энергии.

В качестве прототипа принят способ брикетирования, включающий измельчение стружки, ее прессование, печное и электроразрядное спекание (ЭРС) путем пропускания через материал брикета постоянного электрического тока плотностью 2-3 кА/см2 в течение 20 - 30 с при одновременном воздействии сжимающего давления 200-300 МПа [3].

К недостаткам прототипа относятся: большой расход энергии 1500-2000 кДж/кг и 7500-8000 кДж/кг для брикетов из стальной и титановой стружки соответственно и низкая величина прочностных характеристик.

Техническим результатом изобретения является разработка способа брикетирования металлической стружки, обеспечивающего снижение энергозатрат и повышение прочностных характеристик материала.

Технический результат достигается за счет того, что в способе брикетирования металлической стружки, включающем измельчение стружки, ее прессование и электроразрядное спекание с одновременным воздействием сжимающего давления, согласно изобретению сжимающее давление при прессовании варьируют от 0,06 до 0,15 предела прочности исходного брикетируемого материала, количество импульсов варьируют от 2 до 8, продолжительность одного импульса от 0,5 до 2 с, продолжительность промежутка между двумя отдельными импульсами от 0,2 до 1 продолжительности импульса, при этом суммарная продолжительность импульсов составляет от 1 до 16 с, а удельную энергию, подведенную при электроразрядном спекании, определяют по формуле

E=к·Tпл.·C,

где к - коффициент, выбранный в пределах от 0,6 до 0,95;

Тпл - температура плавления металла, К;

С - удельная теплоемкость, кДж/(кг·К).

В частности, суммарная энергия для сплавов на основе железа и титана варьируется в пределах 430-690 кДж/кг и 590-940 кДж/кг, соответственно.

В основе изобретения лежит использование неравномерности распределения температур по объему пористого материала при пропускании через него импульсного электрического тока. Наибольшая плотность тока и, соответственно, количество выделяемой энергии приходится на границы пор. В частности, для пор шаровой формы удельное выделение энергии, согласно теоретическим расчетам, в 4 раза превышает среднее по объему брикета. Нагрев способствует повышению уплотняемости брикета за счет снижения прочностных характеристик материала и повышения пластических характеристик.

Наличие сжимающего давления приводит к интенсивной деформации материала по границам пор, к увеличению площади контакта между частицами, повышению прочности и плотности материала брикетов, что очень важно при его дальнейшей переплавке.

Авторами предлагаемого технического решения установлен оптимальный диапазон сжимающего давления. Использование давления ниже 0,06 от предела прочности не приводит к заметной деформации материала. Использование давления свыше 0,15 от предела прочности приводит к неравномерной деформации, появлению трещин и снижению прочностных характеристик.

Воздействие импульсного электрического тока снижает суммарную потребляемую величину энергии на переплав брикета.

Использование импульса продолжительностью больше 2 секунд приводит к перераспределению тепла по всему объему материала и делает менее эффективным нагрев границ пор.

Использование импульса продолжительностью менее 0,5 секунд недостаточно для нагрева границ пор до температуры пластической деформации.

Подвод энергии менее 0,6Тпл·С приводит к недостаточному нагреву граничных областей фрагментов стружечных металлических отходов (СМО).

Подвод энергии свыше 0,95Тпл·С вызывает появление расслойных трещин вследствие неравномерности деформации металла и приводит к снижению прочностных характеристик и к перерасходу энергии.

Количество импульсов менее 2 неэффективно и недостаточно для повышения прочностных характеристик материала.

Использование более 8 импульсов приводит к перерасходу энергии и к снижению прочностных характеристик из-за образования микротрещин.

Промежуток между импульсами меньше 0,2 длительности импульса вызывает перегрев образца и перерасход энергии.

Промежуток между импульсами, превышающий длительность одного импульса, не обеспечивает нагрева границ между фрагментами частиц до температуры пластической деформации из-за рассеяния энергии в окружающее пространство.

Ниже приведены примеры реализации предлагаемого способа брикетирования металлической стружки.

Были исследованы образцы размером 55×10×10 мм, объемом 5,5 см из измельченных до размера меньше 3 мм фрагментов СМО трех составов из Ст3 ГОСТ 380, меди М2 ГОСТ 855 и титана ВТ1-2 ГОСТ 1987.

Измельченные фрагменты СМО были спрессованы при давлении 600 МПа, 300 МПа и 500 МПа, соответственно, и спечены при температуре 1000°C в диссоциированном аммиаке (сталь и медь) и в вакууме 0,133 Па (титан).

Определены основные характеристики материала брикетов: плотность по ГОСТ 18898, прочность по ГОСТ 1497, удельное электросопротивление (в соответствии с аттестованной методикой МВИ №26107.17.038/2009).

Напряжение, необходимое для подвода соответствующего количества энергии, рассчитывалось по формуле:

U = E у д ρ ι s d v n τ , где:

U - напряжение, В,

Еуд - удельная энергия, кДж/кг,

ρ - удельное сопротивление, Ом-м,

ι - длина образца, м,

s - площадь поперечного сечения образца, м2,

d - плотность образца, кг /м3,

v - объем образца, м,

n - количество импульсов, шт,

τ - продолжительность одного импульса, с.

Исходные данные для подсчета по формуле приведены в таблице 1.

Таблица 1
Результаты примеров реализации изобретения приведены в таблицах №2,3,4.
Материал Исходные компоненты Брикет
п/п теплоемкость, кДж /(кг·К) температура плавления, К прочность, МПа плотность, кг/м3 удельное сопротивление, мкОм·м
1 CT3 ГОСТ 380 0,473 1808 360 6400 0,36
2 Медь М2 ГОСТ 859 0,389 1356 160 7300 0,056
3 Титан ВТ1-2 ГОСТ 19807 0,595 1933 340 3700 1,66
Таблица 2
Пример реализации изобретения (Ст 3 ГОСТ 380)
Характерные признаки способа и полученные результаты Предлагаемый способ Сравнение с прототипом
нижнее значение среднее значение верхнее значение
Характерные признаки способа Удельная энергия кДж/кг 513 662 812 2400
Коэффициент варьирования удельной энергии - 0,6 0,78 0,95 -
Подаваемое напряжение В 1,89 0.88 0,59 0,82
Сжимающее давление МПа 22 38 55 250
Количество импульсов шт. 2 5 8 1
Продолжительность одного импульса с 0,5 1,2 2 25
Промежуток между импульсами с 0,1 1,0 2 -
Суммарная продолжительность импульса с 1 6 16 25
Получаемые результаты Плотность материала кг/м3 7100 7300 7500 6800
Прочность растяжения МПа 280 340 330 180
Таблица 3
Пример реализации изобретения (Медь М 2 ГОСТ 859)
Характерные признаки способа и полученные результаты Предлагаемый способ Сравнение с прототипом
нижнее значение среднее значение верхнее значение
Характерные признаки способа Удельная энергия кДж/кг 316 435 554 1880
Коэффициент варьирования удельной энергии - 0,6 0,78 0,95 -
Подаваемое напряжение В 0,61 0,29 0,20 0,29
Сжимающее давление МПа 96 60 24 200
Количество импульсов шт 2 5 8 1
Продолжительность одного импульса с 0.5 1 2 5
Промежуток между импульсами с 0.1 1 2 -
Суммарная продолжительность импульса с I 6 16 25
Получаемые результаты Плотность материала кг/м3 8200 8400 8500 7600
Прочность растяжения МПа 128 147 144 86
Таблица 4
Пример реализации изобретения (Титан ВТ 1-2 ГОСТ 19807)
Характерные признаки способа и полученные результаты Предлагаемый способ Сравнение с прототипом
нижнее значение среднее значение верхнее значение
Характерные признаки способа Удельная энергия кДж/кг 690 851 1092 9280
Коэффициент варьирования удельной энергии - 0,6 0,78 0,95 -
Подаваемое напряжение В 3,58 1,66 1,12 2,39
Давление сжатия МПа 20 34 51 300
Количество импульсов шт. 2 5 8 1
Продолжительность одного импульса с 0,5 1 2 30
Промежуток между импульсами с 0,1 0,5 2 -
Суммарная
продолжительность
импульса
с 1 5 16 30
Получаемые результаты Плотность материала кг/м3 4000 4200 4300 3800
Прочность растяжения МПа 260 323 306 166

Как следует из данных, приведенных в таблицах №2,3,4, использование параметров ЭРС, заявленных в изобретении, приводит к улучшению свойств материалов при уменьшении расхода энергии, по сравнению с прототипом, в 3-3,5 раз для СТЗ и в 8,5-12,5 раз для сплава на основе титана ВТ1-2 и в 3,4-5,4 для меди М2.

Увеличение параметров выше заявленных пределов приводит к перерасходу энергии и получению более низких характеристик материала брикетов.

Снижение параметров ниже заявленных пределов также приводит к снижению характеристик материала брикетов, склонности к осыпанию и поломкам, что недопустимо для использования при прецизионных методах переплавки.

Технико-экономический эффект характеризуется снижением энергозатрат при изготовлении брикетов.

Источники информации

1. Ю.И. Головин, В.М. Финкель, А.А. Слетков. В журнале «Физика и химия обработки материалов», №3, 1977 г., с.17-22.

2. А.И. Райченко, М.З. Кольчинская, Д.А. Левин. В Сб. «Порошковая металлургия», Рига, Лат.Инти, 1975 г., с.124-126.

3. В.П. Курочкина, М.В. Романовский, В.П. Пупынин. В кн. «Основные конструкционные материалы». Труды Всесоюзного семинара по спеченным конструкционным материалам, стр.45-50. Киев, апрель 2005 г. - прототип.

Способ брикетирования металлической стружки, включающий измельчение стружки, ее прессование и электроразрядное спекание с одновременным воздействием сжимающего давления, отличающийся тем, что величину сжимающего давления при прессовании варьируют от 0,06 до 0,15 предела прочности исходного брикетируемого материала, количество импульсов варьируют от 2 до 8, при этом продолжительность одного импульса устанавливают от 0,5 до 2,0 с, продолжительность промежутка между двумя отдельными импульсами - от 0,2 до 1,0 от продолжительности импульса, при этом суммарную продолжительность импульсов устанавливают от 1 до 16 с, а удельную энергию, подведенную при электроразрядном спекании, определяют по формуле Еуд= к · Тпл · С,
где к - коэффициент, выбранный в пределах от 0,6 до 0,95,
Тпл - температура плавления металла, К,
С - удельная теплоемкость, кДж/(кг·К).



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к испытательной технике, в частности к испытаниям, связанным с дозированием энергии при импульсном брикетировании металлической стружки. Сущность: объему пластически деформируемой стружки предварительно к моменту брикетирующего удара придают жесткое боковое ограничение, обеспечивающее числовое равенство безразмерных величин - истинной относительной деформации по высоте получаемого брикета и степени его пористости α.
Изобретение относится к области брикетирования металлической стружки и может быть использовано преимущественно при изготовлении брикет-электродов для электрошлакового переплава (ЭШП).

Изобретение относится к способу получения топливных брикетов, включающий смешение углеродного наполнителя с измельченным углем, добавление связующего вещества и брикетирование смеси под давлением, при этом осуществляют сухое смешение углеродного наполнителя, представляющего собой отходы производства алюминия, анодной массы и электродов в количестве 25,01-85,00 мас.% с измельченным бурым углем до получения 100% сухой массы с последующим добавлением к сухой массе связующего вещества.

Изобретение относится к компактированному металлургическому изделию, содержащему смесь органических, неорганических и влагосодержащих веществ, а также способу его производства и применению.
Изобретение относится к области металлургической переработки отходов черной и цветной металлургии и может быть использовано в получении окатышей для восстановительной плавки на чугун и глиноземистый шлак.
Изобретение относится к металлургии, а именно к подготовке железосодержащих отходов металлургического производства в виде окалины для последующего брикетирования.

Изобретение относится к экономичным способам разрушения массивных чугунных монолитов, в том числе отработанных чугунных прокатных валков и может быть использовано в копровых цехах металлургических комбинатов и на предприятиях переработки металлолома.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к подготовке шихтовых материалов для выплавки чугуна и стали. .

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к производству стали в электрической дуговой печи. Способ подогрева металлического скрапа для производства стали в электродуговой печи включает использование камеры подогрева скрапа с контуром рециркуляции газов, забираемых из верхней части камеры с помощью дымососа рециркуляции, причем часть газов рециркуляции с помощью дымососа отходящих газов выводят к дымовой трубе и далее в атмосферу. Способ предусматривает приготовление теплоносителя в теплогенераторе путем сжигания природного газа с окислителем, который получают смешением части газов рециркуляции с кислородом, введение теплоносителя вместе с другой частью газов рециркуляции в нижнюю часть камеры подогрева скрапа, а также отбор с выхода теплогенератора части газов теплоносителя, где они имеют температуру, достаточную для разложения диоксинов, с их последующей выдержкой при этой температуре, охлаждением впрыскиванием воды до температуры, исключающей повторный синтез диоксинов, и подачей охлажденных газов теплоносителя в тракт отходящих газов с обеспечением теплообмена с кислородом, который подают для получения упомянутого окислителя. Способ позволяет исключить выброс диоксинов с отходящими газами, уменьшить расход природного газа на приготовление теплоносителя за счет рекуперации тепла отходящих газов окислителю, уменьшить расход воды на охлаждение отходящих газов в связи с уменьшением выхода этих газов из-за рециркуляции, исключить паровые взрывы в дуговой печи. 1 ил.

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к производству стали в электрической дуговой печи. Способ подогрева металлического скрапа для производства стали в дуговой печи включает образование рабочего тела для подогрева металлического скрапа и его рециркуляцию путем сжигания забираемых из верхней части камеры подогрева скрапа продуктов сушки металлического скрапа и разложения содержащихся в нем органических соединений с добавлением необходимого объема природного газа и воздуха на горение, подачи образованного рабочего тела обратно в нижнюю часть камеры подогрева скрапа. Избыток газов, получившийся в процессе образования рабочего тела и его рециркуляции, выбрасывают в атмосферу, при этом дополнительно осуществляют термокаталитическое обезвреживание избытка газов путем подогрева до температуры термокаталитической реакции посредством сжигания природного газа, подаваемого с соответствующим количеством воздуха, и теплообмен обезвреженного избытка газов с воздухом, поступающим на горение для образования рабочего тела, при котором обезвреженный избыток газов охлаждается перед выбросом в атмосферу. Достигается обезвреживание органических соединений, образующихся при подогреве лома с органическими включениями, экономия топлива, улучшение охраны труда, исключение паровых взрывов в печи. 1 ил.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано на заводах машиностроительной и металлургической промышленности для переработки стальной и чугунной стружки в плотные, прочные брикеты, свободные от загрязнений. Оборудование состоит из последовательно установленных септика приема смазочно-охлаждающих жидкостей 1, приемного бункера стружки 2 в сборе с желобом, стружкодробилки 3, транспортера подачи раздробленной стружки 4, бункера промежуточного со шнековым питателем 5, транспортера подачи стружки 6, пресса брикетировочного 7, накопителя брикетов 8, транспортера подачи брикетов 9 и передвижного контейнера-накопителя готовых брикетов 10. При этом приемный бункер стружки выполнен с уклоном днища 5°, а транспортер подачи раздробленной стружки и транспортер подачи стружки выполнены крутонаклонными с углом наклона 45°. Изобретение обеспечивает очистку стружки от смазочно-охлаждающих жидкостей естественным способом, уменьшение производственных площадей участка, увеличение плотности брикетов, проведение оперативной настройки режимов брикетирования и удаление на повторную переработку брикетов с осыпаемостью не по норме. 2 ил.

Изобретение относится к брикетам для легирования при выплавке алюминиевых сплавов. Брикет содержит стружку сплава алюминия с медью и частицы меди в количестве 20-40 мас.% от общей массы брикета. Частицы меди могут быть использованы в виде стружки. Обеспечивается погружение брикета в расплав при выплавке алюминиевых сплавов, а также обеспечивается утилизация отходов в виде стружки сплава алюминия с медью. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 4 пр.
Наверх