Исследование особенностей вибрационного истечения и грануляции алюминия с целью получения сферической дроби тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, Ясногородский, В. И.

• Ясногородский, В. И.
• 1968

Оглавление диссертации Ясногородский, В. И.

Глава I. Современное состояние проблемы и постановка работы

§ I. Анализ существующих способов произволства дроби из алюминия и его сплавов методами литья

1. Раслшивалие струи металла газом или 9 жидкостью

2. Самопроизвольное деление струй

3. Разделение струи механическим воздействием

Дробление струи металла на отдельные кап- 19 ли с последующим деформированием в полужидком состоянии

5. Формирование сфероидов в жидких или сыпу- 21 1 чих средах

§ 2« Постановка работы и задачи исследований

Глава П. Истечение жидкости из вибрирующего сосуда под уровень

§ I, Теория вопроса

§ 2- Экспериментальная часть

Выводы

Глава пи Сфероидизадия капель и грануляция струй металла в расплавах солей при истечении из вибрирующего сосуда

§ I. Методика исследований

§ 2. Определение периода колебаний и времени 56 сфероидизации капель

§ 3. Определение оптимальной температуры раз- 61 ливки металла на дробь

§ Влияние параметров вибрации, диаметра и 66 частоты расположений отверстий в тигле на гранулометрический состав дроби.

§ 5. Влияние окислительной газовой среды на 72 истечение и грануляцию струи алюминия

Выводы

Глава 1У. Опытно-промышленная дробелитейная установка и служебные свойства дроби

§ I. Опытно-промышленная установка

1. Схема установки

2. Температура, состав и глубина соляной ванны

3. Потери соли

4. Материал и геометрия дроби

5. Производительность дроболитейной установки

§ 2. Служебные свой ства сферической дроби из 89 алюминиевых сплавов

X, Износ дроби и заготовок при дробеструйной 91 обработке

2* Чистота обрабатываемых поверхностей

3, Наклеп и коррозия поверхностей заго- 95 товок, обработанных алюминиевой дробью

Выводы

Заключение диссертации по теме «Другие cпециальности», Ясногородский, В. И.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

В диссертации представлены результаты расчетно-аналитичес-ких и экспериментальных исследований, выполненных с целью разработки метода получения сферической дроби из алюминия и его сплавов, Изучение охватывает важнейшие стадии производства дроби в расплавах минеральных солей: истечение металла под уровень в специфических условиях положения вибраций, дробление струй и сферо-идизацию капель. Кроме того, проведены специальные исследования служебных свойств полученной сферической дроби, при использовании ее в качестве материала для дробеструйной обработки.

Решение ряда вопросов обладает новизной постановки и полученных результатов; к ним можно отнести анализ процессов истечения металла под уровень и проникновения расплавленной соли в сосуд с металлом; определение (на модельной паре жидкостей), с помощью скоростной киносъемки, периода сфероидизации капель, затухающие собственные колебания которых осуществляются в плотной, вязкой среде; расчеты времени сфероидизации и необходимой для получения сферической дроби температуры перегрева металла.

Результаты теоретических исследований и лабораторных экспериментов послужили основой для создания образца опытно-промышленной дробелитейной установки, изготовление и наладка которой были осуществлены в литейном цехе Ирбитского мотоциклетного завода. Полученные данные в настоящее время используются в качестве отправных при проектировании мощного дробелитейного агрегата, производительность которого составит 2500+3000 т сферической алюминиевой дроби в год, предназначенной для раскисления сталей. Механизированная линия производства такой мощности создается для Харьковского завода алюминиево-бронзовых сплавов и по решению Главного управления цветметобработки Министерства цветной металлургии в дальнейшем должна стать базовой.

Проведенные лабораторные и аналитические исследования и результаты освоения опытно-промышленной установки позволя ют сделать следующие общие выводы,

1. Разработан метод производства сферической дроби из алюминия и его сплавов, в основу которого положены совмещенные в едином технологическом блоке процессы грануляции струи и сферои-дизации капель металла, вытекающего из вибрирующего сосуда под уров ень нагретой нейтральной жидкости (расплав минеральных солей).

2. Осуществление предложенного метода получения сферической дроби в двух вариантах: плавлением твердой шихты непосредственно в верхних слоях соляной ванны и проливанием отдельно выплавленного металла под уровень расплавленной соли показало, что последний более рационален, так как не связан с необходимостью в поддержании заданного градиента температур по высоте ванны.

3. Скоростной макрокиносъемкой установлено, что при распаде струй алюминия в воздушной среде окисление имеет существенное значение уже в самом начале акта истечения алюминия из вибрирующего сосуда, препятствуя движению струи металла и оказывая сопротивление дроблению струи и сфероидизации капель. Поэтому производство сферической дроби путем деления металлической струи в воздухе с последующим попаданием продуктов распада в расплавленную соль при* ципиально возможно только при растворении в соли пленки окислов.

4. Аналитически и экспериментально установлено, что при истечении под уровень из сосуда, вибрирующего по Гармоническому закону вертикально вдоль продольной оси, за период одного колебания последовательно осуществляются процессы истечения металла из сосуда и проникновения расплавленной соли из окружающей среды в сосуд. а) С увеличением ускорения гармонического движения безразмерное время истечения уменьшается от ¿ЗСдоХ , а время проникновения возрастает от 0 до5Г . б) Расход обеих жидкостей монотонно возрастает по мере увеличения ускорений сосуда. Однако, при АиГг< д. расх од вытекающей жидкости находится в противоположной зависимости от величин« ускорения, что вызвано уменьшением средней скорости истечения. в) Б результате решения задачи об истечении под уровень из вибрирующего сосуда определен аналитически вид функций скоростей движения и расходов вытекающей и проникающей жидкости.

5. На основе данных гидромеханики и теории теплопроводностк разработана методика определения минимальной температуры заливки, обеспечивающей поддержание металла в жидком состоянии в течение времени, необходимого для разделения струй и затухания собственных колебаний капель. При этом скоростной киносъемкой на модельной паре жидкостей (воде и керосине) установлено, что период колебаний капли, движущейся в плотной и вязкой жидкости, пропорционален квадрату диаметра капли, а допустимое отклонение формы капли от сферы достигается в течение колебаний. Для расчета периода колебаний металлических капель в среде расплавленной соли найден коэффициент перехода от модельных жидкостей к натурным.

6. Исследовано влияние основных технологических параметров (ускорения колебаний и диаметра выпускных отверстий в тигле) на крупность получаемой дроби; показано, что средневзвешенный относительный диаметр дробин находится в степенной зависимости от указанных факторов. При этом установлено, что однородность получаемых частиц по размерам значительно повышается с уменьшением диаметра отверстий, тогда как интенсивность вибрации оказывает меньшее влияние на этот показатель.

7. Экспериментально установлен оптимальный температурный интервал разливки металла на дробь, определены состав, температура и глубина соляной ванны, выявлены минимальное расстояние между выпускными отверстиями в тигле и найдено средство понижения по терь соли.

8. В лабораторных условиях и на опытно-промышленной установке получена сферическая дробь из чистого алюминия и его сплавов АЛ1, АЛ2, АЛ4, АЛ5 и АЛЮВ с максимальным относительным откло' нением от идеальной сферы не выше Ъ% при выходе годного не менее 90%.

9. Обработка поверхностей деталей и заготовок из цветных сплавов сферической алюминиевой дробью обеспечи вает более высокую чистоту поверхностей и резко повышает коррозионную стойкость изделий, по сравнению с дробью и песком из черных металлов. В дальнейшем сферическая дробь из алюминия найдет широкое применение в качестве раскислителя при производстве стали.

Список литературы диссертационного исследования Ясногородский, В. И., 1968 год

1. Постановление Совета Министров СССР № 165 от 17 февраля 1966 г.

2. Девкин U.M., Савостьянов Н.Д. Очистка поверхностей деталей металлический песком, Машгиз, 1963,

3. JZMey Я. % SotdA-inck Д, Me Шм^ of mMcU£lc 2Г 27, то.1. Л. *hzmAi£t ZM, ЯыиМ* о/щгг/итгпЖь oft of сал1 ¿ton иНААvtbUru* puls, Ines, and tSkvelefi, сЯ.С.У.Я.Ж, M59,13.

4. Ефимов Ф.Т., Фролов Н.Г. Металлические дробь и песок, Машгиз, 1963.

5. Малецкий Б*, Очистительные материалы, применяемые в очистных дробеметных машинах, и методы их исследования,oUSwTUcüvtei, /Щ MZ,

6. Кейз С«Л., Ван Горн K.P. Алюминий в чугуне и стали, Метал-лургиэдат, 1959.

7. Антонов В.П., Курочкин П.Д., Третьяков В.Ф., 0 нормах расхода алюминия на раскисление углеродистой стали, "Литейное производство11, № 2, 1966.

8. Письмо Госкомитета по Черной и Цветной металлургии при Госплане СССР за й 13-70 от II/I-I965 г.

9. Бальшин M.D. Порошковая металлургия, Машгиз, 1948.11. tfcbfeiccU't&fi' <£ut*fic£ dt g/lenai&t, cU /wtufae,g /uUe d'a£umj.ruum., J.fotU e£ec&ocAim, AI f, f9SX

10. Бойко П.А., Сахаров B.C., Тискин В.Ф., Порошковая металлургия в СССР и за рубежом, Киев, 1965.

11. Айзенкольб Ф. Порошковая металлургия, Металлургиздат, 1959.

12. ЯсногородскиЙ В.И. О природе образования и средствах предупреждения брака литой чугунной дроби, Литейное производство, № 8, 1964.

13. Ясногородский В.И», БлажиевскиЙ В.Ф. Влияние химического состава чугуна и гидродинамических факторов литья на выход годного и механические свойства дроби, Литейное производство,й I, 1965.

14. Петров Г.И., Калинина Т.Д. в кн. "Топочные процессып, Кнорре Г Ж, 1959.

15. Витман Л«А. О расчете сплошной части струи жидкости при ее распаде. Вопросы теплоотдачи и гидравлика двухфазных сред., Сб. статей, 1961.

16. Витман Л.А., Кацнельсон Б.Д., Палеев И.И., Распиливание жидкости форсунками, 1962«

17. Витман Л.А. и др., Распыливание жидкого топлива пневматическими форсунками, Сб. Вопросы аэродинамики и теплопередачи в котельно-топочных процессах, Госэнергоиздат, 1958.

18. ЛышевскиЙ А.С. Закономерности дробления жидкостей механическими форсунками давления, 1961.

19. З&пяг 2, e?uaUaMwia& tAi tydt&tinamic /nedutгилпь of ¿fi&ttviff ¿TL drtfibUcofi /7Л&СШ, tsim&ticast

20. O^tUcote CA&rUca£ ^n^isietbinp fowtsutf, f;/95$

21. UZ, о/ cteofiA ¿п. ¿¿¿египл о/cu^, tfoduSyfolaJ? cvncL CAzinU^ity, 43,6/95/.27' ßiaA&t Я, c^W^ <Me лысЛалипгof cMntegAcdi&ti of ¿¿piUd sAufa ist о*ом-стлгл£ aUi siteamA, <A/ifiMed Scceshtifa? Яг+еалсА Ю2,Щт,

22. Кацнельсон Б.Д., Шваб Б.А., Исследование распыления мазута, Сб. Исследование процессов горения натурального топлива, Госэнергоиздат, 1948.

23. Карабин А.И. Сжигание жидкого топлива в промышленных установках, Металлургиздат, 1957.

24. Вебер К., Распад струи жидкости, в сб. "Двигатели внутреннего сгорания0, т.1, М.-Л., ОЙТЙ, 1936.

25. Бородин В.А., Дитякин Ю.Ф., Клячко Л.А., Ягодкин В.И., Распиливание жидкостей, 1967.

26. Левич В.Г., Физико-химическая гидродинамика, Физматгиз, 1959.

27. Jvtn/шнг 2 S., !UiMUute /94*.

28. Плинер Ю.Л., Игнатенко Г.Ф., Лаппо С.И., Металлургия хрома, "Металлургия", 1965.

29. Плинер Ю.Й., Сучильников С.Й., Рубинштейн H.A., Алюминотер-мическое производство ферросплавов и лигатур, Металлургиздат, 1963.

30. Стрижов Г.Ф., Мясников П.А., Плинер Ю.Л., Шабанов П.Г., Исследование процесса распиливания алюминиевой крупки, Сб. трудов ВНШМТ, № 9, 1963.

31. Стрижов Г.Ф., Металлотермия, Сб. трудов Ключевского з-да ферросплавов, 1965.37. бшт/Ж, Записки о строении жидких струй, вытекающих из узкого отверстия в тонкой стенке, ¿¿ппаЛел сЫ сАигиссСе № 53, 54, 1833.

32. Б книге Дарлинга Ч.Р. "Капли, их образование и движение", 1937.

33. Стретт Д.В. (Лорд Рэлей), Теория звука, т.2, 1954.

34. Блинов В.И., Фейнберг ¿.Л. О пульсации струн и разрыве ее на капли, ЯТФ, т.З, вып.5, 1933.

35. Кремнев Л.Я., Ревдель А.А., О механизме эмульгирования, Коллоидный журнал, № I, 16, 1954.

36. Троцкий Я. £ вопросу о распадении жидкой струи на капли, ЖТФ, т.З, вып.5, 1933.

37. Биркгоф Г., Сарантонэлло Э., Струи, следы и каверны, 1964.

38. Вивденко М.И., Шабалин К.Н. О механизме распада струй на круп ныв капли, Инженерно-физический журнал, № 4, 1965«

39. Вивденко Ы.И., Шабалин К.Н. Исследование условий получения равномерных капель размерами 1,0-0,5 «Ю"3 м, Изв. вузов, секция "Химия и химическая технология", № 4, 1965.

40. ЛеДебур А., Общедоступная библиотека современного техника! № 10, 1904.

41. Федоров П.А., Производство дроби, 1917.48. ссигс ИпШ--Скип^гк ЪмЛ СьотсВсиш. ¿гспгЬ ЛиаЛ£е, тз,

42. Французский патент № 1291039, 1962»

43. Английский патент £ 947724, 1964.

44. Соколов П.В., Технология производства металлического песка и дроби, Литейное дело, К» 3, 1936.

45. Грищенко В.С., Изобретение № 146444, 31с, 23

46. УЪ-шЖ. тл&х&млру о/ /гихрле>Ш(льуиоЖаХ*, а/7, то.54. ¿/¿/г/ъалсиЬиА лгатяр /ььЯ&и, /гатлнлг С01Л, л/ 296/720, /960.

47. Японский патент ft 19460, 1961,

48. Патент США № 2969281, 1961. "

49. Британский патент » 889674, 1962.

50. Патент США № 3063099, 1962.

51. Козенко A.B., Отливка шаров в жидких средах при наложении магнитного поля, Прикладная магнитная гидродинамика, Киев, 1963.

52. Вишняков Д,Я,, Неуструев A.A., Определение охлаждающей способности расплавленных солей, Заводская лаборатория, № I, 1958.

53. Суханов Б.Л., Исследование теплообмена при нагреве и охлаждении металла в жидких средах, Диссертация, УПИ им.С.М.Кирова, г.Свердловск, 1959.

54. Вейник А.Й., Теория затвердевания отливки, Машгиз, I960.

55. Петренко Ii.П., Колебания жесткого сосуда с вытекающей жидкостью, ж. "Прикладная механика", вып.8, т.1, 1965.

56. Рабинович Б,В,, Литниковые системы, в сб. "Вопросы теории ли* тейных процессов", Машгиз, I960.

57. Ландау Л.Д. и Лившиц 12., Механика сплошных сред, Огиз, Гостехиздат, 1944.

58. Цинкова 0«Э», 0 вибрационном подъеме жидкости, "Известия АН ССР, Механика», й 2, 1965,

59. Альтшуль А.Д., Истечение из отверстия жидкостей с повышенной вязкостью, "Нефтяное хозяйство", И? 2, 1950.

60. Рабинович В.В., Введение в литейную гидравлику, "Машиностроение0, 1966.

61. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А., Справочник по математике, 1953.

62. Ясногородский В.И., Метод получения шарообразных частиц из алюминия и его сплавов, Сб. трудов КФЗ "Металлотермия11, Вып. 3, 1967«

63. Горелик Г. С,, Колебания и волны, ФМ. 1959*

64. Корольков А.М., Литейные свойства металлов и сплавов, 1960« 79» С&лпмъак, ЛплсьЬиг сШ, З^умА, т. 45, 19/4

65. ЗжЖеАлЛ, АгигаЛеп, Ылл г. 46, /9*5.

66. Бойс Ч,, Мыльные пузыри, 1937,82. ¿сЛоешшг У.} ¿дшслглсл^гА Ж. ЯмумЛ оЬьор. гпосШ гп^ыШоги илЛ иггшЛа&с( ¿и^иоть, . СЛелйсаЛ966, 62, УМ

67. Адам Н.К., Физика и химия поверхностей, 1947,

68. Лыков А»В., Теория теплопроводности, 1952,

69. Вейник А«И., Расчет отливки, Машгиз, 1964,

70. Вейник А.И., Тепловые основы теории литья, 1953,

71. Михеев М,А,, Основы теплопередачи, 1949.

72. Лаврентьев М.А., КуммулятивныЙ заряд и принципы его работы, Успехи математических наук, т.12, № 14, 1957,

73. Семенов И.Т., Обдувка поверхностей деталей дробью, 1948.

74. Болховитинова Е.И., Влияние дробеструйного наклепа на свойства стальных деталей, 1963,бпдсги

75. Дятлова Н.Г., Коррозионная стойкость металлов и сплавов, 1964;

76. Саверин М.М., Дробеструйный наклеп, 1953.

77. Беляев А.И., Жемчужина Е.А., Фирсанова Л.А., Физическая химия расплавленных солей, 1957.

78. Лукомский Я.М., Теория корреляции и ее применение к анализу производства, Госстатиздат, 1961.

79. Ластовцев A.M., Оценка дисперсности распыленной жидкости, Труды МИХМ, 2 (10), 1950.

80. Мхитарян A.M., Гидравлика и гидромеханика, 1958.

81. Кутателадзе С.С., БоршанскиЙ В.М., Справочник по теплопередаче, 1959.

82. Вишняков Д.Н. и др., Оборудование, механизация и автоматизация в термических цехах, 1964.lioг.Ирбит1. УТВЕРЖДАЮ:инженер завода г- — (НсКОСТАРЕВ)г i!; "3 " ноября 1966г<1. АКТ4 ноября Х966г.

83. ГЛАВНЫЙ МЕТАЛЛУРГ ИИЗ: От ВНШ1ТИМАША:СТвТехн0Л01' ¿°"

84. ЗАВ.ЛАБОРАТОРИЕЙ СПВЦ. ВИДОВ:1. Ст.ИВХШ? ЛАБОРАТОРИЙ:

85. Н. Тара 130®) ! * ~ ,СЗ.Гуцо)1 ' ¿о1. ВоЯеиодорсдоя!урзю)д^инжвнвр отдш1. ВНЕДРЕНИЙе о1. ВеИ|хачев)