Введение к работе
Несмотря на интенсивное развитие электронно-лучевого и лазерного видов сварки, ведущая роль в настоящее время принадлежит дуговой сварке, которая была и остается основным видом сварки плавлением. В процессе дуговой сварки свойства металла шва во многом зависят от химического состава, термодинамических и физико-химических свойств шлаковой и металлической составляющих сварочного материала, то есть в конечном счете — от вида и качества используемых сырьевых материалов.
Для сварки большинства марок спокойных и полуспокойных сталей чаще всего применяют электроды с рутиловым (рутилсодержащим) покрытием, которые обладают целым рядом преимуществ по сравнению с другими видами электродов. Основу покрытия таких электродов составляет природный или искусственный рутиловый концентрат, содержащий более 80 % диоксида титана и низкоуглеродистый ферромарганец.
Актуальность работы. Нестабильность сырьевой базы, дефицитность и высокая стоимость некоторых базовых сырьевых материалов, используемых для составления шихтовых композиций сварочных материалов, вынуждают предприятия-производители искать новых поставщиков необходимого сырья, а при отсутствии таковых — переходить на другой вид сырья, зачастую гораздо менее качественный, или сужать ассортимент выпускаемой продукции.
Наиболее дефицитными и дорогостоящими сырьевыми материалами для составления покрытий сварочных электродов для ручной дуговой сварки наиболее распространенных марок MP являются рутиловые концентраты ввиду истощения общих мировых запасов природного рутила и низкоуглеродистый ферромарганец. Высокая стоимость и дефицитность используемого для введения в покрытия сварочных электродов низкоуглеродистого ферромарганца обусловлены, прежде всего, общим спадом в производстве ферросплавов.
Работа выполнена при Поддержке гранта Министерства образования РФ в области технических наук № ТОО-5.1-1328 «Развитие теории и совершенствование технологии получения рутила из бедных ильменитовых руд» (№ госрегистрации г.р.о 1200104802), а также в соответствии с комплексом НИР, проведенными на основании договоров между ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет» и ОАО «Западно-Сибирский металлургический комбинат» (ЗСМК).
Цель работы. Целью настоящей работы является анализ рецептур покрытий сварочных электродов, создание научно и экспериментально обоснованной методики для их расчета, изучение возможности использования в составе покрытий менее дефицитных материалов, разработка и освоение технологии получения компонентов покрытий сварочных электродов.
Научная новизна.
1. Изучены основные технологические свойства железо-титановых концентратов, полученных из руд месторождений Сибири и Украины, и мар-
ганцеворудных концентратов Джайремского ГОКа (Казахстан).
-
Исследована кинетика восстановления железо-титановых концентратов металлургическим коксом при различных температурах. Определены механизм восстановления и основные факторы, влияющие на скорость и степень восстановления концентратов.
-
Изучены имеющие большое значение для последующей переработки технологические свойства железо-оксидтитановых композиций, полученных углеродотермическим восстановлением железо-титановых концентратов (окисляемость, магнитная восприимчивость ).
-
Проведены исследования алюминотермического восстановления железо-титановых и марганцеворудных концентратов. Сделано заключение о пригодности концентратов для алюминотермического синтеза ферротитана и титанмарганцевых лигатур.
5. Получены аналитические зависимости, позволяющие определить
термодинамическую активность компонентов равновесных металлического и
шлакового расплавов в процессе алюминотермического синтеза.
6. Исследованы покрытия сварочных электродов марки МР-3. Опреде- -
лены факторы, влияющие на степень извлечения элементов в наплавляемый
металл в процессе сварки электродами данной марки. Предложена методика
расчета шихтовых композиций покрытий сварочных электродов марки МР-3.
Практическая значимость.
1. На базе проведенных исследований свойств железо-титановых и
марганцеворудных концентратов сделаны заключения о пригодности кон
центратов для дальнейшей их переработки.
2. Разработаны:
технология и аппаратурное оформление восстановительного обжига железо-титановых концентратов в индукционных тигельных печах путем косвенного нагрева.
принципиально новая технология и аппаратурное оформление алюминотермического синтеза сплавов с титаном и марганцем с использованием железо-титановых и марганцеворудных концентратов.
3. Прогнозирование свойств наплавляемого металла сварочными элек
тродами марки МР-3 с помощью разработанной методики расчета состава
покрытий позволит существенно расширить сырьевую базу материалов для
их производства.
' Реализация результатов. По результатам НИР разработана нормативно-техническая документация для организации малотоннажного промышленного производства обожженного железо-титанового концентрата и комплексных сплавов (лигатур) с титаном и марганцем в условии ОАО «ЗСМК». Документация передана ОАО «ЗСМК».
Предмет защиты и личный вклад автора. На защиту выносятся:
результаты исследования свойств железо-титановых и марганцеворудных концентратов;
результаты исследования факторов, влияющих на кинетику и степень восстановления оксидов железа в процессе восстановительного обжига желе-
зо-титановых концентратов;
результаты исследования процесса алюминотермического синтеза сплавов с титаном и марганцем с использованием железо-титановых и мар-ганцеворудных концентратов;
результаты производства и испытания опытных партий сварочных электродов марки МР-3 в условиях ОАО «ЗСМК»;
методика расчета состава покрытий для сварочных электродов марки МР-3.
Автору принадлежит: исследование свойств железо-титановых и мар-ганцеворудных концентратов, исследование и описание факторов, влияющих на скорость и степень восстановления оксидов железа в процессе восстановительного обжига железо-титановых концентратов, исследование и аттестация свойств восстановленных железо-титановых концентратов, разработка технологии восстановительного обжига железо-титановых концентратов в условиях ОАО «ЗСМК», разработка технологии алюминотермического синтеза сплавов с титаном и марганцем в условиях ОАО «ЗСМК», разработка методики расчета термодинамической активности компонентов металлического и шлакового расплавов, образующихся в процессе алюминотермического восстановления железо-титановых и марганцеворудных концентратов, создание методики расчета состава покрытий сварочных электродов марки МР-3.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на следующих конференциях: Юбилейная всероссийская научно-практическая конференция «Актуальные проблемы электрометаллургии стали и ферросплавов» (г. Новокузнецк, 2001 г.), Региональная научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и молодежь: проблемы, поиски, решения» (г. Новокузнецк, 2002 г.), Всероссийская научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Совершенствование методов поиска и разведки, технологии добычи и переработки полезных ископаемых» (г. Красноярск, 2003 г.), III Межвузовская научно-техническая конференция «Фундаментальные проблемы металлургии» (г. Екатеринбург, 2003 г.), Всероссийская научная конференция молодых ученых «Наука, технологии, инновации» (г. Новосибирск, 2004 г.), Международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы: электрометаллургия, сварка, качество» (г. Новокузнецк, 2006 г.), Научно-практическая конференция «Перспективы развития металлургии в свете стратегии развития Томской области» (г. Томск, 2006 г.).
Публикации. Результаты, изложенные в диссертационной работе, опубликованы в 16 печатных работах в центральных журналах и сборниках, из них 8 статей.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести разделов, заключения и приложений. Работа изложена на 192 страницах, содержит 35 рисунков, 37 таблицу, 3 приложения, список использованных литературных источников из 93 наименований.
