Введение к работе
Актуальность
Одним из путей снижения себестоимости литья является выплавка чугуна на дешевой шихте, в частности, замена дорогостоящих литейных и передельных чугунов стальным ломом. Стальные отходы – в определенном смысле значительно более качественные материалы, свободные от вредных примесей и включений, чем литейные и передельные чугуны. Однако их применение в составе шихты ведет к необходимости проведения науглероживания расплава для получения синтетического чугуна. Процесс науглероживания расплава при этом приобретает важную роль в многозвенной цепочке получения отливок, и повышение его эффективности является важной задачей. Ранее ее решением занимались такие ученые, как Вертман А.А., Владимиров Л.П., Есин О.А., Жуков А.А., Козлов Л.Я., Рист А., Самарин А.М, Чипмэн Д., Шумихин В.С., и др. Ими отмечается повышение механических и эксплуатационных свойств металла при получении отливок из синтетического чугуна, в то же время наблюдаются и отрицательные явления: повышенная усадка, пониженная жидкотекучесть, склонность к отбелу. В связи с этим требуются дополнительные исследования процесса науглероживания расплава.
В рамках данной работы проведены такие исследования и предложен технологический метод повышения эффективности науглероживания за счет применения в составе науглероживающей смеси с графитсодержащими материалами карбонатов щелочноземельных металлов.
Целью работы является повышение качества чугунных массивных отливок ответственного назначения посредством повышения эффективности процесса науглероживания расплава при получении синтетического чугуна.
Для достижения цели в работе решаются следующие задачи:
Систематизация и критическая оценка существующих методов науглероживания;
Исследования поведения углерода в расплаве по ходу плавки в процессе получения синтетических чугунов;
Выявление физико-химических условий перехода углерода в расплав через газовую фазу;
Построение кинетической схемы науглероживания расплава и разработка на ее основе математической модели процесса для двух механизмов: при механическом замешивании частиц науглероживателя в расплав с дальнейшим их растворением и с использованием карбонатов щелочноземельных металлов;
Разработка и внедрение в действующее производство технологии процесса науглероживания синтетических чугунов с применением в качестве науглероживателя смеси углеродсодержащего материала и карбонатов щелочноземельных металлов на примере изготовления крупногабаритных коленчатых валов;
Совершенствование методов ультразвукового контроля качества чугунных отливок, обеспечивающих выявление внутренних дефектов и позволяющих оценить степень однородности структуры материала.
Научная новизна
Выявлены физико-химические особенности процесса науглероживания расплава через газовую фазу;
Показано, что использование карбонатов щелочноземельных металлов в составе науглероживающей смеси способствует переходу углерода в расплав через газовую фазу, а также снижению содержания в чугуне вредных примесей серы и фосфора;
Построена кинетическая схема науглероживания, на основании которой получена математическая модель, позволяющая прогнозировать состояние системы в любой момент времени, а также решать задачи оптимизации рассматриваемого процесса;
Показана принципиальная возможность применения в ультразвуковой дефектоскопии чугунного литья таких диагностических параметров, как отсутствие эхо-сигнала и дисперсия коэффициента затухания.
Практическая ценность работы:
Разработан новый состав науглероживателя для получения качественного синтетического чугуна, включающий карбонаты щелочноземельных металлов;
Разработана и внедрена в действующее производство на ОАО «РУМО» с экономическим эффектом технология процесса науглероживания синтетических чугунов с применением нового науглероживателя на отливке «Коленчатый вал»;
Разработаны и внедрены в производство методы ультразвукового контроля чугунного литья по новым диагностическим признакам.
Апробация работы
Результаты работы докладывались и обсуждались на 6-й Всероссийской научно-практической конференции «Литейное производство сегодня и завтра» 20-22 июня г. Санкт-Петербург 2006г.; 2-м межрегиональном литейном консилиуме «Теория и практика металлургических процессов» 4-6 декабря г. Челябинск 2006г.; 8-м съезде литейщиков 23-27 апреля г. Ростов-на-Дону 2007г.; IV Международной научно-практической конференции «Прогрессивные литейные технологии» 22-28 октября г. Москва 2007г, научных семинарах факультета материаловедения и высокотемпературных технологий НГТУ им. Р.Е.Алексеева в течение 2004-2008 г.г., ежегодных региональных НТК по проблемам заготовительных производств машиностроения, г. Н.Новгород, 2006-2008г.г. и защищена патентом на изобретение № 2324742 РФ. Основные положения работы прошли эксплуатационную проверку и внедрение на ОАО «РУМО».
Личное участие
Личное участие в научно-исследовательских работах, на результатах которых основана диссертация, состояло: в исследовании влияния карбонатов щелочно-земельных металлов на процесс науглероживания синтетического чугуна; в проведении теоретической оценки влияния газовой фазы на процесс науглероживания (физическое и математическое моделирование, термодинамический анализ); в проведении экспериментальных и промышленных исследованиях процесса науглероживания; исследовании ультразвуковых характеристик чугуна; исследовании дефектов массивных отливок; в реализации разработанных технологий на производстве; промышленном внедрении. Основные научные результаты, представленные в диссертации, являются итогом труда автора.
Публикации
По теме диссертации имеется 14 публикаций, в том числе 5 в центральных изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Получен патент на изобретение № 2324742 РФ.
Структура и объем диссертации
Работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы из 138 источников и 9 приложений.
Диссертация содержит 154 страницы машинописного текста, 39 рисунков, 21 таблицу.
