Повышение качества изделий из порошковых материалов за счет использования магнитовибрационной технологии сепарации шлифовальных шламов подшипникового производства тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.06, кандидат технических наук Плотников, Дмитрий Михайлович

• Плотников, Дмитрий Михайлович
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Плотников, Дмитрий Михайлович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ, ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Виды отходов лезвийного и шлифовального производств и их характеристики.

1.2 Методы разделения металлических и неметаллических компонент отходов обработки металлов.

1.3 Материалы, полученные с использованием отходов.

1.3.1 Технологические характеристики порошков, полученных из отходов.'.

1.3.2 Методы изготовления деталей из порошков, полученных из металлоотходов.

1.4 Способы получения псевдоожиженного слоя дисперсной системы

1.4.1 Обзор существующих способов реализации псевдоожижения.

1.4.2 Магнитовибрирующий слой, его характеристики и способы реализации.

1.5 Выводы. Постановка цели и задач исследования.

ГЛАВА 2. АППАРАТУРА И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1 Исследование характеристик шлама шлифовального процесса подшипникового производства.

2.2 Свойства смазочно-охлаждающих жидкостей, применяемых при шлифовании подшипников.

2.3 Методика исследования качества разделения шлама.

2.4 Основные элементы магнитовибрационного сепаратора.

2.5 Обработка результатов эксперимента.

ГЛАВА 3. МОДЕЛЬ МВС, КАК ПРОСТРАНСТВЕННО-УСТОЙЧИВЫЙ СЛОЙ ХАОТИЧЕСКИ ДВИЖУЩИХСЯ ЧАСТИЦ.

3.1 Разрушение агломератов по виброреологической модели.

3.2 Разрушение агломератов подмодели разрыва их в неоднородном поле

ГЛАВА 4. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ ПРОЦЕССА СЕПАРАЦИИ ШЛАМА ШЛИФОВАЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА И КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ МАГНИТОВИБРАЦИОННО-ГО СЕПАРАТОРА.83^

4.1 Технологические операции процесса магнитовибрационной сепарации

4.1.1 Блок схема технологического процесса сепарации.

4.1.2 Отделение СОЖ от шлама и сушка.

4.1.3 Измельчение шлама в магнитовибрационной бильной мельнице.

4.1.4 Влияние параметров МВС на процесс разделения абразива и порошка стали.

4.2 Конструктивные особенности магнитовибрационного сепаратора.

4.2.1 Блок отделения СОЖ.

4.2.2 Сушильная установка.

4.2.3 Магнитовибрационная бильная мельница.

4.2.4 Блок разделения магнитной и немагнитной фракций шлама.

ГЛАВА 5. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРАКТИЧЕСКОМУ ПРИМЕНЕНИЮ

ТЕХНОЛОГИИ МАГНИТОВИБРАЦИОННОЙ СЕПАРАЦИИ ШЛАМОВ ПОДШИПНИКОВОГО ПРОИЗВОДСТВА.

5.1 Применение абразива, полученного из шлифовального шлама.

5.2 Применение порошка стали ШХ15, полученного из шлифовального шлама.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение качества изделий из порошковых материалов за счет использования магнитовибрационной технологии сепарации шлифовальных шламов подшипникового производства»

Любое производство, связанное с обработкой металлов, сталкивается с проблемой утилизации отходов. На предприятиях машиностроения и металлургии, осуществляющих обработку металлов, ежемесячно образуются тысячи тонн металлсодержащих шламов. Особенно сложен по составу шлифовальный шлам, который представляет собой смесь мелкой металлической стружки, абразива, технических масел, смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) и т.д.

В то же время, объем перерабатываемых промышленных отходов, в частности по Москве, составляет не более 10-15% от образующегося количества [1]. Таким образом, сброс в отвалы металлсодержащих шламов приводит не только к безвозвратной потере значительного количества металла, но и создает серьезную экологическую проблему для городов, имеющих крупные градообразующие промышленные предприятия.

Проблема создания экологизированного ресурсосберегающего промышленного производства с каждым годом становится все более актуальной, что обусловлено рядом новых обстоятельств - сокращением и истощением природных запасов и увеличением их стоимости; ужесточением требований к охране окружающей среды и, в частности, к экологической чистоте и безопасности производственных технологий.

В связи со значительным содержанием в металлсодержащих отходах неметаллических включений и технических масел они не могут использоваться в качестве вторичного сырья без предварительной переработки. В настоящее время частично решен вопрос со стружкой, которую прессуют в брикеты. Наличие на поверхности брикетированной стружки остатков технических масел и смазочно-охлаждающих жидкостей приводит не только к интенсивной коррозии металла, но и не исключается опасность самовоспламенения. Что касается шлифовальных шламов и отходов металлургических производств, то технологии их переработки и обогащения к настоящему времени недостаточно развиты для успешного внедрения на производстве.

На предприятиях, имеющих большие объемы шлифовального производства, в год скапливается до 1 тыс. тонн шлифовального шлама. Решение вопроса известно - необходимо разложить шлам на составляющие. Экономическая целесообразность сепарации шламов шлифовального производства очевидна: тонна ультрадисперсного металла стоит от 60 до 250 тыс. руб., тонна абразива ~ 12 — 33 тыс. руб. Таким образом, утилизация шлифовального шлама может превратиться для предприятия в доходное производство.

Высказанные соображения обуславливают актуальность темы работы, посвященной разработке технологического процесса сепарации шламов шлифовального производства и дальнейшему возврату на производство восстанавливаемых материалов.

Диссертационная работа выполнена на кафедре «Физика» ДГТУ в соответствии с планом бюджетной работы кафедры по теме: «Магнитовибра-ционная технология сепарации шламов шлифовального производства»; комплексной научной программой «Вибротехнология»; научно-технической программой «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» по разделу 05 «Функциональные порошковые материалы» (№ 202.05.01.026); научно-исследовательской работой на тему: «Исследование механики взаимодействия твердых тел, подвергнутых вибрационному воздействию» (ГАСНТИ: 30.03.15).

Заключение диссертации по теме «Порошковая металлургия и композиционные материалы», Плотников, Дмитрий Михайлович

Общие выводы

1. Выявлены и систематизированы закономерности поведения шлифовального шлама в магнитовибрирующем слое. Экспериментально и теоретически обосновано влияние индукции магнитного поля, градиента индукции и времени на процесс разделения металлической компоненты и абразива. Установлено, что увеличение градиента индукции магнитного поля приводит к интенсификации хаотического движения шлама и, как следствие, повышению качества его разделения.

2. Показана эффективность и целесообразность применения помола обезжиренного шлама стали ШХ15 перед процессом разделения магнитной и немагнитной фракций. Установлено, что помол увеличивает отделение немагнитной фракции в 2 раз при индукции постоянной составляющей магнитного поля 43 мТ и градиента индукции 648 мТ/м.

3. Предложен механизм разрушения конгломератов шлама стали 111X15, устойчивость которых обеспечивают магнитостатические силы. Теоретически рассчитано и экспериментально показано, что при градиенте индукции магнитного поля менее 0,3 мТ/м магнитовибрирующий слой неустойчив и движение частиц в нем протекает слабо, при этом отделяется абразив, не удерживаемый конгломератами. При градиенте индукции магнитного поля в интервале 0,32Т/м — 0,62Т/м происходит разрушение конгломератов за счет кажущегося изменения характера трения из сухого в вязкое. При градиенте индукции более 0,62Т/м. разрушение конгломератов происходит за счет их разрушения пондеромоторными силами в неоднородном магнитном поле. Предложена гипотеза, что неоднородность магнитного поля увеличивается за счет локального градиента, образованного магнитными полями частиц металлической фракции шлама в МВС. Разрушение конгломератов позволяет повысить качество отделения металлической фракции от абразива за счет освобождения части абразива, удерживаемого внутри конгломерата.

4. На основании проведенных исследований установлена последовательность операций технологического процесса сепарации шлифовального шлама подшипникового производства: отделение СОЖ, сушка шлама, помол в бильной мельнице, разделение металлической и абразивной фракций, отличающаяся от известных методов сепарации, применением магнитовибрирующего слоя на каждом этапе технологического процесса. При этом на этапе отделения СОЖ реализация МВС обеспечивает бесконтактное перемешивание шлама в агрессивной среде, на этапе помола - удержание шлама в зоне вращения бил и дополнительное разрушение конгломератов при интенсивном соударении, на этапе разделения фракций — разрушение конгломератов металлической фракции и отделение абразива, удерживаемого внутри конгломератов.

5. Разработана методика выбора оптимальных параметров электромагнитного поля, обеспечивающих эффективное разрушение конгломератов шлама стали ШХ 15 за счет действия сил магнитного поля, а также интенсификации процессов соударения и, как следствие, повышение чистоты продуктов сепарации.

6. Проведенные исследования позволили получить порошок стали ШХ 15 высокой чистоты, в котором содержание абразива не превышает 1% масс. Полученный в результате сепарации металлический порошок использовали при изготовлении обмазки сварочных электродов. Испытания показали, что по технологическим свойствам полученные электроды соответствуют электродам марки УОНИ-13/55, а по содержанию кислорода, азота и механическим свойствам сварочного шва (пластичности, трещинообразованию) превосходят стандартные электроды.

7. Результаты исследований показали, что применение абразива, полученного магнитовибрационной сепарацией шлифовального шлама, в качестве материала для облицовочного слоя одноразовых форм при литье по выплавляемым моделям не ухудшает качество получаемых отливок. При этом шероховатость поверхности отливок аналогична отливкам, полученным с применением промышленного абразива. При* этом точность геометрических параметров соответствует 3.8 классам по ГОСТ 26645-85

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Плотников, Дмитрий Михайлович, 2008 год

1. Бочкарёва Т.В. Экологический джин урбанизации. — М., 1998.

2. Рыжков Н. Резервы экономии металла. Известия №246 (19311) от 20 октября 1979г.

3. Рекомендации отраслевого совещания «Проблемы и мероприятия по механизации сборки, транспортирования и переработки металлической стружки и отходов прессового производства». НПО «Комплекс», г. Волгоград, 1980.

4. Проходцев М.М. Технология получения металлического порошка из отходов подшипникового производства и свойства порошковых компактных материалов. Труды ВНИИПП. - М., №1 (111), 1982, с. 92 - 99.

5. Кипарисов С.С., Падалко О.В. Проблемы получения порошков и изделий из них с использованием в качестве сырья стружковых отходов. — Порошковая металлургия, 1979, №9, с. 56 65.

6. Степаненко А.В., Ложечников Е.Б., Ложечников Е.В. Получение стального порошка из шламов подшипникового производства. Порошковая металлургия, 1984, №11, с. 97 - 101.

7. Баглюк Г.А., Позняк Л.А., Дацкевич О.В. Получение и свойства порошковой стали из безабразивных шламовых отходов подшипникового производства. Вестник машиностроения, 1993, №10.

8. Кислов В.Г., Степнов С.А., Арабей Б.Г., Эсикман В.Л. Влияние методов обработки на физико-механические и технологические свойства порошка из стружки стали ШХ15. — Порошковая металлургия, 1987, №8, с. 9 12.

9. Буланов В.Я., Кватер A.M., Долгаль Т.В. Диагностика металлических порошков. М.: Наука, 1983. - 280с.

10. Ю.Кипарисов С.С. Падалко О.В. Проблемы получения порошков и изделий из них с использованием в качестве сырья стружковых отходов. — Порошковая металлургия, 1979, №9, с. 56 65.

11. Итоги науки и техники. Порошковая металлургия, т.1, ВИНИТИ, 1983.

12. Ильин Н.И., Короткое Г.А. и др. Обезжиривание металлической стружки. — Обзорная информ./Черметинформация, М., 1980, сер. 6, вып.З.

13. Тиханцов A.M. Новое эффективное оборудование для транспортировки и переработки стружки. Проблемы и мероприятия по механизации сбора, транспортирования и переработки металлической стружки и отходов прессового производства, Волгоград, 1980, с.31.

14. Кипарисов С.С., Падалко О.В., Саруханов Р.Г. Оценка загрязненности и отчистки от СОЖ стружки быстрорежущей стали по переработке ее в порошок. Порошковая металлургия, 1984, №6, с. 14-17.

15. Долинский И.И. Переработка металлической стружки в США. Сб. Вторичные черные металлы, М., Металлургия, вып. 2, 1969, с. 84 - 88.

16. Негреев В.М., Гостева Н.С. Установка для обработки металлической стружки. Би, 1976, №40.

17. Негреев В.М. Гостева Н.С. Установка для термической обработки чугунной стружки, Би, 1976, №40.

18. Раковский B.C., Соколинский В.В., Смирнова И.Н. Изготовление металло-керамических изделий из отходов шарикоподшипниковой стали. — Литейное производство, 1951, №3, с. 25 27.

19. Haspel D.W. Pelletising waste materials British Steel Corp. Пат. Англии №2042376, Кл. В22Г 9/00

20. Pickin I.A. Production of spongy iron British Steel Corp. Пат. Англии №1557563, Кл. C22B 1/14.

21. Procede de recuperation et composants des bouers d'operations de rectification et dispositif de mis et oeuvre (Centro Ricerche Fiat SpA). Заявка Франции №2419318, Кл.В08В 11/00.

22. Крохина H.B., Веселов И.Н. Износостойкость спеченного антифрикционного материала из отходов подшипникового производства. — Металловедение и термическая обработка металлов, 1981, № 10, с. 12—14.

23. Kaufman S.M. Method for improving the sinterability of iron powder derived from comminuted scrap metal (Ford Motor Co). Пат. CIIIA № 4129443, Кл. B22F 3/14.

24. Кислов В.Г., Зухер М.С., Степнов С.А. Применение в отрасли конструкционных и антифрикционных материалов, изготовленных методами порошковой металлургии. — Тракторы и сельхозмашины, 1982, №4, с. 29 — 30.

25. Кузьменко В.М., Карпов В.М. Переработка абразивного шлама методами порошковой металлургии/Томский политехнический институт, Томск, 1983 (Рукопись депонирована в Черметинформации 17.01.84 г. № 2302чм-д84).

26. Дмитрович А.А., Терехов A.JL, Шмагин J1.M. Исследование влияния технологических параметров на свойства спеченных фрикционных материалов. -Порошковая металлургия (Минск), 1983, №7, с. 61 63.

27. Генкин В.А., Гурленя В.Н., Дмитрович А.А. Исследование спеченного фрикционного материала на основе порошка подшипниковой стали. Порошковая металлургия (Минск), 1982, №6, с. 58 - 61.

28. Мелешко И.В., Отрок И.А., Великанова Т.А. Анализ кинетики отжига шламовых отходов стали ШХ15. Порошковая металлургия, 1988, №3, с. 16 — 20.

29. Зозуля В.Д. Применение шлифовальных металлоабразивных отходов в порошковой металлургии. Порошковая металлургия, 1988, №3.

30. Коузов П.А. Основы анализа дисперсного состава промышленных пылей и измельченных материалов. Л.: Химия, 1987. - 264с.

31. ЗЗ.Членов В.А., Михайлов Н.В. Сушка сыпучих материалов в виброкипящем слое. -М.: Стройиздат, 1967. -203с.

32. Вибрации в технике: Справочник в 6-ти томах. Т.2. — Колебания нелинейных механических систем. Под ред. И.И. Блехмана. М.: Машиностроение. — 1979.-c.35.

33. Членов В.А., Михайлов Н.В. Виброкипящий слой. М.: Наука. 1972. - 146с.

34. Ганиев Р.Ф., Украинский JI.E. Динамика частиц при воздействии вибрации. Киев: Наук. Думка. 1975. -168с.

35. А. с. №1215743. Способ разделения материалов/ Е.Б.Кремер, Р.Ф. Начаев, JI.C. Гуревич и др. // Бюлл. изобр. -1984. №9 с. 18.

36. Барский М.Д. Фракционирование порошков. М.: Недра, 1980. - 327с.

37. Карелин Б.А., Луцкий В.К. Методы и аппаратура для измерения размеров частиц. — М.: Цветметинформация, 1966. 94с.

38. Кипарисов С.С., Либенсон Г.А. Порошковая металлургия. М.: Металлургия. 1980.-495с.

39. Липовский М.И. Об одном виде вибрационного перемешивания сыпучей среды. Изв. АН СССР МТТ. 1969. - №3. - с.З . 9.

40. Блехман И.И. Что может вибрация? О вибрационной механике и вибрационной технике. М.: Наука. - 1988. - с.25 - 32.

41. Боголюбов Н.Н., Митропольский Ю.А. Асимптотические методы в теории нелинейных колебаний. М.: Наука. 1974. - 503с.

42. Кармазин В.В., Зависимость эффективности процесса сухой центробежной магнитной сепарации от частоты магнитного поля. // Электрические и магнитные методы сепарации. — М.: Наука. — 1965. — с 68.76.

43. Моцаренко Г.П. Вибрационное гранулирование порошковых материалов // Исследование и разработка теоретических проблем в области порошковой металлургии и защитных покрытий: Тез. докл. Минск. - 1983. — с.24.

44. Шульман З.П., Кондорский В.И., Зальцгендлер Э.А. Структура, магнитные и реологические характеристики ферросуспензий // Магнитная гидродинамика. 1983. - №3. - с.32.36.

45. Мяздриков О.А. Электродинамическое псевдоожижение. Межвуз. Сб. на-учн. трудов ЛТИ им. Ленсовета. 1976. - №1. - с.З. 13.

46. Болога М.К., Марта И.Ф., Сюткин С.Ф. Образование упорядоченных структур в системе магнитожестких диполей в переменном магнитном поле // Тез. докл. 3 Всесоюзн. школы-семинара по магн. жидк. — М. 1983. -с.32.,.33.

47. Болога М.К., Сюткин С.В. Некоторые особенности магнитоожижения дисперсных систем //Магнитная гидродинамика. 1981. - №4. - с.3-4.

48. Болога М.К., Сюткин С.В., Сердитов В.Н. Распределение частиц по скоростям при магнитоожижение в переменном поле // Магнитная гидродинамика. 1982. №1. - с.31 .39.

49. Сюткин С.В., Болога М.К., Осипов Д.Г. О прикладных аспектах магнито-ожиженного слоя //В кн.: Матер. 111 Всесоюзн. школы-семинара по магнитным жид. / М.: МГУ. -1983. с.39. .40.

50. Буевич Ю.А., Минаев Г.А. Начальная задача псевдоожижения //МФТ. -1977.-№1.-с.Ю5.114.

51. Болога М.К., Буевич Ю.А., Марта И.Ф., Сюткин С.В., Тетюхин В.В. О движение частиц в магнитоожиженном слое //Материалы XI Рижского совещ.Iпо МГД. ч. 111. - Магн. жидк. - Саласпилс. - 1984. - с. 139. 142.

52. Наремский М.К. Электрогравитациониая классификация тонкодисперсных порошков по массе частиц //Порошковая металлургия. 1977. - №12. - с.17-21.

53. Наремский М.К., Гомолич В .Я., Шабаев А.Н. Классификация порошков в электрическом поле плоского конденсатора //Порошковая металлургия. -1975. №8. - с.10-13.

54. Наремский М.К., Песчаный Е.Ф. О контактном заряжении частиц //Тез. докл. 111 Всесоюзн. конф. «мех. сыпучих сред». Одесса. - 1975. - с.27.

55. Буевич Ю.А., Болога М.К., Сюткин С.В., Тетюхин В.В. О движении частиц при магнитоожижении в переменном поле //Магнитная гидродинамика. — 1985. №3. С.3.12.

56. БологаМ.К., Марта И.Ф. Магнитоожижение во вращающемся магнитном поле//Магнитная гидродинамика. 1988. - №3.-с.103.108.

57. Марта И.Ф. Магнитоожижение во вращающемся магнитном поле // Магнитная гидродинамика. 1987. - №4. - с.83.90.

58. Бибик Е.Е. Реология дисперсных систем //Л.: Энергия. — 1981. — с. 172.

59. БологаМ.К., Заморев В.М., Сюткин С.В. Некоторые динамические аспекты магнитоожиженных слоев //Электронная обработка материалов. 1986. -№1. - С.59.63.

60. Кокорин В.Н., Григорьев А.А., Кокорин М.В., Чемаева О.В. Промышленный рециклинг техногенных отходов: Учебное пособие. Ульяновск: Ул-ГТУ, 2005. - 42 с.

61. Спришевский А.И. Современные процессы шлифования колец подшипников. (Обзор). М., НИИНАвтопром, 1977.64.http://www.stankoimport.com/65 .http ://cert.obninsk.ru/dump/alldoc/info/1 z46/g9028. shtml

62. Андрианов Е.И. Методы определения структурно-механических харакери-стик порошкообразных материалов. М.: Химия, 1982. — 256 с.

63. Макаров Ю.И. Аппараты для смешения сыпучих материалов. М.: Машиностроение, 1973 .-216с.

64. Свиридов М.М., Таров В.П., Шубин И.Н. Текучесть сыпучего материала // Вестник Тамбовского государственного технического университета. — 1999. -Т. 5, № 4. С. 55.

65. Багаев В.Н., Тетюхин В.В. Взаимодействие реальных диполей и структуро-образование в дисперсных системах //ИФЖ. Т.ХУ111. 1985. - №3. — С.507.508.

66. Блехман И.И., Джанелидзе Г.Ю. Об эффективных коэффициентах трения при вибрациях //Изв. АН СССР, ОТН. 1958. - №7. - с.311-317.

67. Членов В.А., Михайлов Н.В. Виброкипящий слой //М.: Наука. 1972. -146с.72.3аке И.А. Сварка разнородных сталей: Справочное пособие. Л. : Машиностроение, 1973 .-208с.

68. Богачевский А.А. Повышение качества металла шва путем введения в покрытие синтетического волластанина и цериевой лигатуры. // Сварочное производство. 1993. - №4. - с.8.

69. Справочник по сварке / под ред. Е.В. Соколова. Т.1. М. : Машиностроение, 1962. - 657с.

70. Газы и примеси в ферросплавах / М.И. Гасик, B.C. Игнатьев, С.И.Хитрик. -М.: Металлургия, 1970. 152с.

71. Букин А.А., Кохан С.В. Прогнозирование содержания S и Р в металле, наплавленном покрытыми электродами // Автоматическая сварка. 1988. -№2. - с.27.

72. Пановский В., Филипс М. «Классическая электродинамика». — М.: Наука, 1978.-432с.

73. Вернигоров Ю.М. Магнитовибрационная технология производства порошковых магнитов: Дис. док. тех. наук. Ростов н/Д, 1995.

74. Вернигоров Ю.М., Плотников Д.М. Конструктивные особенности магнито-вибрационного сепаратора. Вестник ДГТУ. 2007.

75. Вернигоров Ю.М., Плотников Д.М. Применение электрокорунда, полученного магнитовибрационной сепарацией шлама шлифовального производства. Пятая международная конференция по высоким технологиям и фундаментальным исследованиям, 2008.

76. Вернигоров Ю.М., Плотников Д.М. Последовательность технологических операций при магнитовибрационной сепарации шлифовального шлама ШХ15, Вопросы вибрационной технологии, Межвуз. сб. науч. статей. — 2007, с. 24 27;