Повышение эффективности процесса науглероживания расплава при изготовлении массивных отливок ответственного назначения из синтетического чугуна

• Автор: Калистов, Сергей Валентинович
• Шифр специальности: 05.16.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 154 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1 Состояние вопроса и задачи исследования

1.1. Применение углеродосодержащих материалов

в практике металлургического производства

1.2. Теоретические методы описания процесса

науглероживания

1.2.1. Термодинамический метод

1.2.2. Диффузионный метод

1.3. Поведение углерода в расплаве железа

1.4. Влияние технологических параметров на процесс

науглероживания
1.5. Ультразвуковой контроль структуры и свойств чугуна
Цели и задачи исследования
Глава 2 Физико-химические и кинетические особенности
процесса науглероживания синтетических чугунов
2.1. Физико-химические процессы науглероживания синтетического чугуна через газовую фазу
2.1.1. Физико-химическая модель науглероживания расплава
через газовую фазу
2.1.2. Влияние термодинамических параметров на процесс
перехода углерода в газовой фазе
2.1.3. Определение равновесного состава газовой фазы
в атмосфере печи
2.2. Кинетика процесса науглероживания
2.2.1. Экспериментальные исследования процесса
науглероживания

2.2.2. Вывод и анализ основного кинетического уравнения
процесса науглероживания
2.2.2.1.Кинетическая модель и вывод временного закона процесса науглероживания с учетом
влияния газовой фазы
2.2.2.2.Анализ математической модели процесса науглероживания
Выводы по главе
Глава 3 Дефекты крупногабаритных коленчатых валов:
происхождение и идентификация
3.1. Технические требования, предъявляемые к чугунным коленчатым валам из высокопрочного чугуна и
анализ промышленных плавок
3.2. Идентификация и исследование причин дефектов
3.3. Особенности получения синтетического чугуна для
коленчатых валов и исследование поведения графита
в процессе плавки
3.3.1 Технология получения крупногабаритных коленчатых валов
3.3.2. Исследование поведения графита в процессе плавки
синтетического чугуна
Выводы по главе
Глава 4 Разработка и внедрение ультразвукового метода
диагностики коленчатых валов
4.1. Особенности проведения ультразвукового контроля качества
чугунных отливок
4.2. Ультразвуковой эхо-импульсный метод диагностики

4.3. Обоснование возможности применения УЗ диагностики коленчатых валов из высокопрочного чугуна
4.4. Методика проведения УЗК модифицированным зеркальнотеневым методом макроструктуры коленчатых валов с учетом
их конструктивных особенностей
Выводы по главе
Глава 5 Разработка и внедрение в производство новой технологии изготовления коленчатых валов.
Технико-экономическая оценка результатов
5.1. Разработка технологии плавки чугуна для получения
крупных коленчатых валов
5.2. Оценка однородности структуры чугуна
методом акустического зондирования
5.3. Расчет технико-экономической эффективности
внедренной технологии
5.3.1. Расчет отчетной калькуляции по чугунному литью для
условий действующего производства
5.3.2. Определение стоимости механообрабатывающих
операций до проведения УЗК
5.3.3. Расчет экономической эффективности применения
карбонатов при выплавке синтетического чугуна
Выводы по главе
Общие выводы
Литература
Приложения

Наиболее медленной стадией, лимитирующей процесс диффузионного растворения, очевидно, является разрушение кристаллической решетки графита в связи с ее прочностью. О прочности решетки свидетельствует высокая огнеупорность графита в отсутствии кислорода (выше 3000°С). В результате прямое растворение графита в жидком чугуне - медленный процесс.
Наряду с гидродинамическим пограничным слоем образуется диффузионный пограничный слой, в котором концентрация углерода изменяется от насыщения, на границе с частицей науглероживателя, до концентрации в растворе. Толщина гидродинамического слоя в несколько раз больше диффузионного. С увеличением скорости набегающего потока толщина пограничного диффузионного слоя уменьшается. Таким образом, диффузионный пограничный слой представляет собой сопротивление массопереносу углерода от частицы науглероживателя в расплав. При переходе углерода в расплав по газовому механизму диффузионного слоя нет, что интенсифицирует растворение графита.
В зоне 5, в металлической ванне, происходит захват частиц графита потоками металла, с дальнейшим их диффузионным растворением, по механизму описанному выше.
На основании проведенного термодинамического анализа можно предложить следующую схему процесса науглероживания: после ввода науглероживателя, в первый момент времени, происходит интенсивное окисление углерода кислородом, находящимся в порах реагента в зависимости от температуры по реакциям (1, 2 и 3), что подтверждается синеватым свечением открытого пламени в экспериментальных плавках (см. параграф 2.2.1). После того как весь кислород, находившийся в порах, прореагировал, горение науглероживателя прекращается. В зонах 3 и 4 начинает протекать реакция между гранулами науглероживателя, металлическим расплавом и СО или С02 по реакции 2.4, так как кислород воздуха практически не проникает в эти зоны, он полностью расходуется на образование С02 в зоне 1 (см. параграф
2.1.З.).
Одновременно в зонах 4 и 5 происходит замешивание частиц науглероживателя в расплав, с дальнейшим их растворением.