Исследование электроимпульсной технологии брикетирования легковесных металлических отходов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.13, кандидат технических наук Крестьянинов, Денис Андреевич

• Крестьянинов, Денис Андреевич
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Крестьянинов, Денис Андреевич

Оглавление

Введение

Глава 1 Возможности электрического тока большой плотности как технологического инструмента и перспективные области его применения

Л Л

1.1 электрически и ток оолыпои плотности как технологическим инструмент

1.2 Явления, сопровождающие протекание токов большой плотности по проводникам и через границу раздела проводников

1.2.1 Разрушение проводников электрическим током

1.2.2 Электропластический эффект

1.2.3 Процессы, происходящие при сварке металлов

1.2.4 Электроимпульсное спекание порошков и гранул

1.2.5 Электроимпульсное упрочнение расходуемых электродов из титановой губки

1.3 Виды и источники дисперсных металлических материалов

1.4 Современные методы компактирования и брикетирования дисперсных сред

1.5 Электроимпульсное брикетирование металлической стружки

1.6 Выводы

Глава 2 Выбор расчетной модели

2.1 Схема процесса брикетирования

2.2 Условия, возникающие в зоне контакта металлических фрагментов при пропускании электрического тока

2.2.1 Электрическое сопротивление контактов

2.2.2 Температура в зоне контакта и плавление материала в зоне контакта

2.2.3 Силы и давление в зоне контакта

2.2.4 Устойчивость жидкого металла в зоне контакта

2.3 Возможные механизмы процесса электроимпульсного брикетирования. Выбор расчётной модели

2.3.1 Контактообразование за счет пластической деформации

2.3.2 Контактообразование в результате плавления

2.3.3 Контактообразование в результате фрититтинга

2.3.4 Расчетная модель метода электроимпульсного брикетирования

2.4 Оценка параметров эксперимента и экспериментальной установки, разрабатываемой промышленной установки

2.4.1 Оценка параметров проектируемой промышленной установки

Глава 3 Модельная установка, методика экспериментальных работ и измерений83

3.1 Экспериментальная и Опытно-промышленная установки

2

3.2 Модельная установка для брикетирования металлической стружки

3.2.1 Прессовый механизм модельной установки

3.2.2 Конструкция загрузочной и прессовой камер модельной установки

3.2.3 Конструкция малоиндуктивных токоподводов

3.2.4 Выбог) материалов для изготовления электрической изоляции прессовой камеры

3.2.5 Экспериментальный модуль Модельной установки

3.2.6 ГИТ Модельной установки

3.3 Методика измерения электрического сопротивления образцов

3.4 Методика исследования получаемых брикетов

3.5 Методика исследования газонасыщенного слоя получаемых брикетов

3.5.1 Краткое описание методики ядерного микроанализа

3.5.2 Краткое описание нейтронно-активационного метода определения кислорода

Глава 4 Экспериментальные исследования процесса брикетирования дисперсных проводящих сред и получаемых брикетов

4.1 Исследование брикетирования металлической стружки при пропускании электрического тока перпендикулярно направлению прессования

4.2 Экспериментальные исследования газонасыщения металла в зоне сварочных точек. Возможность использования брикетов для выплавки титановых сплавов

4.3 Получение брикетов из смеси стружки разных металлов с электропроводящими и диэлектрическими включениями и возможность их использования в качестве лигатуры.

4.4 Получение брикетов из металлических порошков

4.5 Возможность использования брикетов в качестве специальных материалов и изделий

4.6 Модельная установка как прототип промышленной установки

Заключение и выводы

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование электроимпульсной технологии брикетирования легковесных металлических отходов»

Введение

Актуальность работы определяется необходимостью обеспечения современного производства принципиально новыми технологическими процессами - высокопроизводительными, энергосберегающими и экологически чистыми [1, 2]. Рациональная переработка отходов производства и потребления является важной современной задачей. Для ее решения применяются самые передовые технологии [3]. Необходимость более рациональной утилизации отходов заключается не только в экологических и социальных аспектах этого вопроса, но и в том, что в ряде случаев выгоднее получать материалы и полуфабрикаты из отходов, а не из природного сырья [4, 5].

Важной проблемой является утилизация легковесных металлических отходов. К числу таких отходов относится металлическая стружка, листовая обрезь, облой, всплёсы, а также отсев лигатур. Эти производственные отходы важно использовать наиболее полно, так как при их многократном повторном использовании возможно обеспечение минимального накопления примесей. Существует и другой источник таких отходов: смешанный и сложный лом, извлекаемый, в том числе из твердых бытовых отходов. Сложность переработки таких отходов связана с их низкой насыпной плотностью и отсутствием эффективной техники и технологии перегрузки при транспортировке и загрузке технологических агрегатов [6, 7]. При переплавке стружки навалом существенно возрастает время загрузки печей и угар переплавляемого металла. Один из путей более рациональной переработки стружки - брикетирование её в местах образования, а затем перевозка и переработка брикетов. Существовавшие ранее методы не позволяют брикетировать ряд материалов и недостаточно эффективны.

При производстве изделий из дорогостоящих титановых сплавов образуется особенно много стружки. Эта стружка не поддается

брикетированию обычными методами, она немагнитная и обладает меньшей плотностью, чем стальная, что значительно затрудняет ее транспортировку и переработку [8 - 10].

В настоящее временя во всем мире проблемы экологии и утилизации отходов выходят на первый план. А рациональная утилизация легковесных металлических отходов является одним из слагаемых этого сегмента задач.

Для решения этой проблемы предлагается использовать электроимпульсный метод брикетирования металлической стружки. Метод реализует один из современных технологических подходов решения подобных задач - использует в качестве инструмента электрический ток большой плотности [11 - 33]. Главное достоинство этого метода — возможность брикетирования любых материалов при отсутствии больших энергетических затрат и использование доступного, чистого энергоносителя - электрического тока. Электроимпульсная технология, за счёт нового подхода к решению проблемы и рационально выбранных параметров процесса, позволяет использовать достаточно простое прессовое и электротехническое оборудование, параметры которого далеки от рекордных (см. главы 1-3), что является её большим преимуществом.

Однако на пути реализации этой технологии имелся ряд проблем, связанных с тем, что с научной точки зрения этот вопрос практически не исследован. Мало известны механизмы, описывающие процессы протекания импульсного электрического тока через дисперсную металлодиэлектрическую среду. Неочевидны причины и способы соединения между собой частиц подобной дисперсной среды - механизм образования прочных металлических контактов при пропускании импульсов электрического тока через сложную гетерогенную среду. До авторов рассматриваемого электрофизического метода не проводились оценки энергетических показателей подобных систем. Эти и многие

другие факторы усложняли исследовательские работы авторов электроимпульсного метода брикетирования легковесных отходов, ими были предложены и исследованы основные аспекты метода электроимпульсного брикетирования.

Основные положения предложенного электрофизического метода брикетирования металлических отходов заключаются в том, что стружку сжимают при относительно не высоких давлениях, а затем, не снимая давления, пропускают импульс электрического тока определенной длительности и амплитуды. Это позволяет связать дисперсную среду в прочный брикет [14].

Цель работы состоит в исследовании процессов, происходящих при электроимпульсном брикетировании легковесных металлических отходов, анализе и определении механизма процесса контактообразования, уровня образующихся газонасыщенных включений в зоне контакта при электроимпульсном воздействии на стружку, прочностных характеристик брикетов, определении параметров источника энергии и его режимов работы; проработке промышленного использования электроимпульсной технологии брикетирования.

Основные решаемые задачи:

- анализ существующих теоретических моделей, касающихся как электроимпульсных методов спекания гранул и упрочнения электродов, так и процессов при контактообразовании за счет пластической деформации, электросварки, плавлении, фриттинге; выбор оптимальной теоретической модели, позволяющей оценивать параметры процесса электроимпульсного брикетирования, необходимые для его реализации;

- исследование электроимпульсного метода брикетирования для уточнения возможного механизма контактообразования, параметров процесса и расширения сферы применения

электроимпульсной технологии и получаемых при этом материалов;

- исследование механических и химических свойств брикетов, получаемых при пропускании импульса электрического тока большой плотности;

- исследование возможности применения электроимпульсного метода брикетирования к мелкодисперсным средам;

- оценка параметров электроимпульсной установки, разработка концепции будущей промышленной установки для электроимпульсного брикетирования.

Методы научных исследований. Работа включала анализ научно-технической литературы по проблеме электроимпульсного брикетирования и смежным областям; расчёты и оценки для определения явлений и процессов, которые следует учитывать при исследовании механизма электроимпульсного брикетирования, и формирование наиболее подходящей теоретической модели процесса, оценку параметров эксперимента и экспериментальной установки; экспериментальные исследования для получения данных об электрическом сопротивлении сжатой стружки перед ее электроимпульсной обработкой, о сопротивлении брикетов, полученных после пропускания импульса тока через образец; о процессе контактообразования, о механических и химических свойствах брикетов (для этих целей разработана методика исследования прочности брикетов и изготовлена соответствующая установка).

Научная новизна. Основные результаты, полученные в процессе исследований и описанные в диссертационной работе, являются новыми. Среди наиболее важных результатов можно выделить следующее:

- доказана эффективность электрофизического метода брикетирования

легковесных металлических отходов над существующими

аналогами;

- показано, что при электроимпульсном воздействии на материал в зоне контакта происходит плавление металла. Ранее считалось, что этот процесс осуществляется за счёт чисто твёрдотельных механизмов;

- установлено, что при электроимпульсном брикетировании непосредственно в области точек сварки нет зон повышенной концентрации газовых примесей, из-за которых впоследствии в выплавляемом слитке могут возникать газонасыщенные дефекты;

- установлено, что прочностные характеристики брикетов, полученных новым вариантом метода электроимпульсного брикетирования, при котором ток пропускается перпендикулярно направлению прессования, не отличаются от предыдущего варианта метода, однако предложенная схема пропускания тока более технологична.

Достоверность и обоснованность результатов базируется на сопоставлении полученных результатов с работами других авторов, в том числе работающих в смежных областях науки и техники, с теоретическими расчётами и оценками. При проведении экспериментальных работ использовались современные методы исследования и проверенные методики измерений. Разработанная концепция промышленной установки электроимпульсного брикетирования подтверждена опытом экспериментальной эксплуатации специально созданной модельной установки.

Практическая ценность:

- на модельной установке определены оптимальные технологические параметры установки, разработана и проверена концепция промышленной установки для электроимпульсного брикетирования;

- определены значения механической прочности брикетов, получаемых при использовании промышленного варианта

электроимпульсного метода брикетирования;

8

- для брикетов, образованных из стружки после пропускания импульсного тока, получены средние значения содержания кислорода и азота в местах контактов, эти значения показывают, что в выплавленных слитках исключено появление опасных газонасыщеных включений;

- установлено, что для реализации электроимпульсного брикетирования не требуется очистка стружки или применение защитных атмосфер;

- электроимпульсным методом получены брикеты с диэлектрическими и электропроводящими включениями, экспериментально установлено, что проводящие включения могут занимать до 50 % объёма брикета, а диэлектрические до 30 %. Показано, что брикеты из металлической стружки, смеси стружки разных металлов, брикеты с включениями - перспективный материал для использования в качестве лигатуры;

- обоснована возможность существенного расширения сферы применения технологии, в частности: получение лигатур, композитных брикетов, брикетов из порошка.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1)при электроимпульсном брикетировании в процессе формирования контактов происходит плавление материала. Ранее предполагалось, что этот процесс осуществляется за счет чисто твердотельных механизмов;

2) брикетирование электроимпульсным методом может быть реализовано без использования защитной атмосферы, в том числе для реакционных материалов. Установлено, что после пропускания импульсного тока через сжатую стружку, содержание кислорода и азота в точках сварки не препятствует использованию металла в любых металлургических переделах.

3) электроимпульсным методом получены брикеты с включениями

кускового материала. Установлено, что электропроводящий кусковой материал может занимать до 50 % объема брикета, а диэлектрический до 30 %. Показана возможность использования таких брикетов в качестве лигатуры;

4) при пропускании импульсного электрического тока через сжатую стружку образуются брикеты, обладающие равной прочностью по всем направлениям, хотя при их формировании имеются выделенные направления - направление прессования и направление пропускания электрического тока, которые могут совпадать или быть взаимно перпендикулярными. Величина прочности таких брикетов позволяет использовать их в целом ряде технологических процессов;

5) обоснована возможность получения по электроимпульсной технологии ряда материалов и полуфабрикатов из стружки и отходов, порошков и гранул;

6) предложена концепция промышленной установки электроимпульсного брикетирования. Её производительность увеличена за счет сокращения времени цикла изготовления брикетов. Предлагаемые технические решения обоснованы теоретически и экспериментально апробированы, в том числе с использованием модельной установки.

Личный вклад соискателя. Участие в определении целей и задач исследования. Выполнение аналитического обзора научно-технической литературы. Выполнение расчётов параметров установок и всех их элементов. Участие в создании модельной установки и разработке концепции будущей промышленной установки. Разработка, монтаж и испытание пульта управления ГИТ модельной установки. Изготовление установки (стенда) для прочностных испытаний брикетов. Выполнение прочностных испытаний брикетов, подготовка публикаций.

Реализация результатов работы. На основе предложенных методов и результатов выполненных исследований разработаны технические решения для создания промышленной установки для брикетирования легковесных металлических отходов. Данная научная работа является участником программы Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (СТАРТ-2010).

Апробация работы и достоверность результатов. Основные результаты исследований были представлены на 6 Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «ЭКОЛОГИЯ И НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОГРЕСС», Пермь, Россия, 2007 г.; на Международном форуме «14 специализированная выставка Металлэкспо 2008» (VI ежегодная конференция «Новые тенденции рационального использования вторичных ресурсов и проблемы экологии»), Москва, Россия, 2008 г.; на Конференции (школа-семинар) по физике и астрономии для молодых учёных Санкт-Петербурга и Северо-Запада «Физика СПб», Санкт-Петербург, Россия, 2009 г.; на Международной научно-практической конференции «Инновации в теории и практике управления отходами» Пермь, Россия, 2009 г.

Опубликованные работы. По теме диссертации опубликовано 14 работ, из них две в изданиях из списка ВАК Минобрнауки России, а также оформлен патент на полезную модель и один отчёт по НИР.

Автор выражает особую благодарность старшему научному сотруднику ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН к.т.н. Самуйлову Сергею Дмитриевичу за консультирование и предоставление аппаратной базы.

Глава 1 Возможности электрического тока большой плотности как технологического инструмента и перспективные области его применения

1.1 Электрический ток большой плотности как технологический инструмент

Возможности и основные характеристики любого технологического процесса определяются, прежде всего, тем технологическим инструментом, который в этом процессе используется. А именно видом энергетического воздействия и способом подвода энергии к обрабатываемому материалу (исходному сырью). Один из наиболее перспективных путей расширения технологических возможностей и коренного улучшения основных технологических параметров — использование технологических инструментов с высокой плотностью энергии. Когда говорят о таких инструментах, имеют в виду электронные и лазерные пучки, потоки плазмы, электродуговые печи, в тоже время одним из наиболее мощных и удобных подобных инструментов является электрический ток большой плотности. Электрическим током большой плотности мы называем ток такой величины и длительности, при протекании которого по проводникам или через границу их раздела, в среде возникают необратимые изменения: плавление, разрушение и диспергирование, пластическая деформация, сварка.

Протекание тока большой плотности сопровождается целым рядом физических эффектов, некоторые из которых ниже будут рассмотрены подробнее. Соответственно возможности его использования разнообразны и позволяют решать широкий спектр конкретных технологических задач [34-38]. Например, более 200 лет назад научились разрушать проводники электрическим током [39], так называемый электрический взрыв. Это явление широко использовалось в науке и технике, и в тоже время может быть использовано в качестве технологии получения металлических

гранул [13]. Ток может залечивать поры и микротрещины [40], широко используется контактная и рельефная электрическая сварка [41-43]. Пропускание тока большой плотности позволяет увеличить пластичность металла и используется для электропластической прокатки. Для металлургии легких сплавов электрический ток большой плотности является основным технологическим инструментом. В частности, он является основным инструментом в канальных печах для плавки алюминия [44], но в настоящее время открываются новые возможности его использования [12].

При протекании электрического тока большой плотности нагрев проводников и магнитное давление оказываются настолько интенсивными, что вызывают разрушение монолитного образца или наоборот ведут к интеграции отдельных фрагментов; изменяют структуру или микроструктуру материала образца. Наложение внешнего магнитного поля, сравнимого по величине с собственным магнитным полем тока, значительно расширяет возможности воздействия. Эффекты, являющиеся результатом действия электрического тока или тока и дополнительного магнитного поля на материал, могут быть использованы значительно шире, чем в настоящее время. В каждом конкретном случае такое использование имеет свои достоинства и преимущества по сравнению с традиционными методами. Электричество имеется на любом предприятии, его легко и эффективно можно преобразовать в нужную форму. Его использование само по себе не ведет к загрязнению среды или образованию отходов. Этот факт дает существенное преимущество такого технологического инструмента над другими. В настоящее время во многих областях науки и техники для реализации самых разнообразных целей используется электрический ток. Высоковольтные установки имеют широкое применение в машиностроении, металлургии, строительстве и горной промышленности. Это электроплавильные установки, агрегаты

электросварки, установки сепарации металлов, установки генерации лазеров и прочие устройства [42, 44,45].

Явления и процессы, сопровождающие протекание импульсного электрического тока большой плотности по проводникам и через границу их раздела, в ряде случаев исследованы достаточно широко и подробно [1, 41, 46-49], однако, по нашему мнению, ряд вопросов до настоящего времени остается нерешенным, появляются новые задачи, требующие новых подходов к их решению. Большое внимание уделяется энергосбережению и ресурсосбережению, в то же время образуются новые, иные отходы производства, например, стружка сверхпрочных материалов и прочие мелкодисперсные отходы. Всё это требует дополнительных исследований для оптимизации и модернизации существующих технологий. Для этого, в рамках исследования электроимпульсной технологии брикетирования, необходимо более детально изучить те физические явления, которые в них могут использоваться.

Электрический ток большой плотности - мощный и удобный технологический инструмент. Использование его для брикетирования металлической стружки позволяет по новому, более эффективно, решить эту проблему. В то же время необходимо более детально исследовать последствия такого воздействия, как для оптимизации технологии и расширения её возможностей, так и для оценки и минимизации возможных негативных последствий.

Таким образом, настоящая работа направлена на решение конкретной актуальной прикладной задачи - рациональной утилизации промышленных легковесных металлических отходов, и в то же время, дает дополнительную информацию по ряду проблем электрофизики.

1.2 Явления, сопровождающие протекание токов большой плотности по проводникам и через границу раздела проводников

При протекании токов большой плотности в различных средах и через разделяющие их границы наблюдается ряд эффектов, связанных с джоулевым нагревом, ионизацией, магнитным давлением, взаимодействием электронов со структурными элементами среды, макро и микродефектами и другие. Многие из этих эффектов широко используются на практике, другие только начинают изучаться. Рассмотрим подробнее наиболее важные из них, применительно к электроимпульсной технологии брикетирования.

Тепловые эффекты являются неизбежным явлением при протекании электрических токов. С одной стороны они несут негативное воздействие: потери энергии, разрушение проводников и окружающих их изоляционных конструкций. Однако, наряду с этим, тепловые эффекты, сопровождающие протекание электрических токов, находят применение в науке и технике, например, в электротермических установках и приборах [44].

Следующий эффект, оказывающий существенное влияние -ионизация. Она может возникать в диэлектрической среде или вакууме, окружающем проводники, и, как правило, приводит к возникновению и развитию электрических разрядов [1]. Магнитное давление, которое является, прежде всего, результатом взаимодействия электрического тока с собственным магнитным полем, может быть усилено путём наложения внешнего поля. Это давление вызывает пинч-эффект, а его неравномерность приводит к разрушению проводника МГД неустойчивостями [46]. Взаимодействие электронов со структурными элементами среды, макро и микродефектами приводит к появлению электрического сопротивления и, в конечном счёте, к нагреву проводника. Однако это воздействие не сводится только к нагреву. В частности оно позволяет увеличить подвижность дислокаций, а возникающая

электропластичность, вместе с магнитным давлением, нагревом и термоупругими напряжениями способствует залечиванию пор и микротрещин [49].

Далее рассматриваются эффекты и процессы, которые могут реализовываться при электроимпульсном брикетировании легковесных металлических отходов.

1.2.1 Разрушение проводников электрическим током

Разрушение проводников электрическим током (электрический взрыв) известно уже давно [39]. Это явление широко используется в науке и технике и достаточно подробно изучено [39, 46]. В то же время в 50 годах обнаружены катастрофические магнитогидродинамические неустойчивости, которые стали преградой на пути осуществления термоядерного синтеза в прямом разряде [48]. Эта работа стала толчком к изучению неустойчивостей проводников с током, которая в последующие годы велась в ряде ведущих лабораторий мира. Подобные неустойчивости изучаются и в настоящее время [49]. В классических работах Б.П. Перегуда и К.Б. Абрамовой [50] были обнаружены и исследованы МГД неустойчивости жидких и твёрдых металлических проводников, показано, что в широком диапазоне параметров именно они являются причиной разрушения проводников электрическим током - явления, известного как «электрический взрыв проводников».

Рассмотрим основные аспекты данного явления. В результате пропускания по проводнику электрического тока большой плотности металл плавится, и возбуждается магнитогидродинамическая перетяжечная неустойчивость формы проводника (неустойчивость нулевой моды (Рисунок 1.1)). То есть в тех местах на проводнике, где его диаметр хотя бы незначительно меньше, чем в соседних, магнитное давление больше, следовательно, имеющееся сужение (перетяжка) будет нарастать до полного разрыва проводника. Таким образом, проводник разбивается на

16

капли и электрический ток прекращается.

Рисунок 1.1 - Схема разрушения проводника в результате развития МГЦ неустойчивости при пропускании электрического тока.

1 — жидкий проводник с током; 2 — зона «перетяжки»

Аналогичным образом если на проводнике имеется незначительное искривление, оно также будет нарастать, такая неустойчивость называется винтовой (первой моды). В работе [46] на основе теоретических расчетов и экспериментальных результатов показано, что в жидких проводниках могут развиваться неустойчивости нулевой и первой моды, а неустойчивости более высоких мод (которые приводят к разбиению проводника на нити) в жидких проводниках из-за наличия поверхностного натяжения реализовываться не могут. Причём наиболее быстро проявляется неустойчивость нулевой моды, так как она приводит к обрыву тока при амплитуде, равной радиусу проводника. При протекании по проводнику тока ещё большей плотности может проявляться перегревная неустойчивость, а также и другие виды неустойчивостей, однако, для рассматриваемого в данной работе диапазона плотностей тока определяющим фактором, согласно [50], будет именно МГД неустойчивость. Поэтому необходимо подробно рассмотреть данное явление.

При электроимпульсном брикетировании металлических отходов при протекании тока большой плотности через зону контакта проводников подобного рода явления также могут наблюдаться, в том случае, если в зоне контакта образуется жидкий металл. Развитие неустойчивости может приводить к разрушению контакта, а в месте разрыва может возникать дуговой разряд. Подробнее этот вопрос раскрыт в главе 2.

1.2.2 Электропластический эффект

Электропластический эффект был обнаружен при действии

5 2

одиночными импульсами тока плотностью ~ 10 А/см и длительностью ~ 10"4 сек на деформацию кристаллов цинка растяжением и сжатием, схема опыта показана на рисунке 1.2 [51]. Он проявлялся в скачкообразных удлинениях образцов при прохождении по ним каждого импульса тока без какого-либо существенного теплового эффекта и без дилатации1 образцов.

Рисунок 1.2 — Схема импульсного деформирования путем применения электропластического эффекта. Взр— вентильный элемент зарядки (разрядки); 1,4 —ролики; 2,3 — деформируемые образцы

Возникло предположение, что в основе нового эффекта лежит ускорение пластического течения металла потоком электронов

1 дилатация - расширение и/или удлинение тел под действием температуры, давления, электрических и магнитных полей, ионизирующего излучения или других физических факторов.

проводимости, которые помимо джоулевого эффекта способны оказывать особое специфическое электропластическое действие на металл, находящийся под механическими напряжениями выше предела текучести, включающее в себя как действие «электронного ветра», так и вибрации решетки под влиянием пинч-эффекта. После этот новый эффект действия тока был подтвержден профессором Г. Конрадом с сотрудниками. При этом использовались такие же плотности тока и длительности одиночных импульсов. Было установлено, что электропластический эффект фиксируется на всех без исключения исследованных проводящих и в той или иной степени пластичных материалах при различных видах нагружения образцов, включая сжатие и более сложные напряженные состояния. Он может действовать наряду с джоулевым эффектом в ставших традиционными способах обработки металлов давлением с участием электрического тока, таких как электроконтактный нагрев и индукционный нагрев токами Фуко, где используется эффект Джоуля.

Возникло обоснованное предположение, что с помощью электропластического эффекта можно интенсифицировать технологические процессы обработки металлов давлением, такие как волочение, прокатка, штамповка, вытяжка и другие [52].

Следует отметить, что электропластический эффект менее универсален, чем джоулевый эффект, так как в отличие от последнего существует лишь во время пластической деформации материала. Вместе с тем он энергетически менее емок, так как ток вводится лишь в зону деформации металла, более того, технологии электропластической деформации металла относятся к классу материалосберегающих и энергосберегающих.

Благодаря открытию этого явления появилась возможность управлять механическими свойствами металлов, в частности, процессом обработки металлов давлением. В экспериментах с импульсным током

было найдено, что электрический ток увеличивает пластичность и уменьшает хрупкость металла. Если создать хорошие условия теплоотвода от деформируемых образцов и пропускать по ним ток высокой плотности

* г <->

(порядка 10 - 10° А/см"), то величина эффекта будет порядка десятков процентов. Электрический ток вызывает также увеличение скорости релаксации напряжений в металле и оказывается удобным технологическим фактором для снятия внутренних напряжений в металле. Электропластический эффект также линейно зависит от плотности тока и имеет большую величину при переменном и импульсном токе.

Открытие электропластического эффекта привело к более глубокому пониманию механизма пластической деформации, расширило представление о взаимодействии свободных электронов в металле с носителями пластической деформации - дислокациями. Этот эффект был открыт в металлах и, благодаря научным исследованиям [52], была доказана возможность его применения для практических целей.

При электроимпульсном брикетировании в зоне контактов наблюдается электропластический эффект. Об этом можно утверждать

исходя из того, что плотность тока в местах контакта по нашей оценке (см.

6 2

главу 2) достигает 10 А/см при длительности импульса в 400 мксек. Это даже больше, чем в опытах, описанных выше. Однако, нельзя однозначно утверждать, играет ли этот эффект решающую роль в образовании прочного металлического контакта между частичками металла или служит лишь вспомогательным фактором. Для выяснения этого вопроса требуется его детальное исследование. Более подробно вопрос контактообразования при электроимпульсном брикетировании рассматривается в главе 2.

1.2.3 Процессы, происходящие при сварке металлов

В настоящее время установлено, что для получения прочного сварного соединения деталей необходимо разрушить окисный слой на

границе свариваемых деталей и соединить их металлическим мостиком [42]. Это достигается сваркой. Различают сварку плавлением и сварку давлением.

При сварке плавлением разрушение окисного слоя и образование металлического мостика происходит под действием высокой температуры, в результате чего, происходит плавление металла (образование ванны) и растворение поверхностного окисного слоя. Источником теплоты может быть электрическая дуга, возникающая между торцом электрода и свариваемым изделием при протекании сварочного тока в результате замыкания внешней цепи электросварочного аппарата. Выделяющееся тепло нагревает торец электрода и оплавляет свариваемые поверхности, что приводит к образованию сварочной ванны — объёма жидкого металла. В процессе остывания и кристаллизации сварочной ванны образуется сварное соединение.

Под сваркой давлением понимают все виды сварки (контактная, трением, холодная и так далее), при которых происходит пластическая деформация металлов в зоне контакта, в результате чего образуется сварное соединение. Этот процесс становится возможным при условии образования между двумя деталями межатомных связей кристаллических решеток. Для образования сварного соединения поверхности деталей сближают между собой настолько, что происходит взаимодействие атомов металла, расположенных на одной поверхности с атомами металла другой поверхности. После чего происходит объединение электронных оболочек, формируя металлические связи. Граница соединения перестает быть барьером и происходит взаимная диффузия атомов, сопровождающаяся структурными изменениями в зоне контакта и деформацией с выделением большого количества тепла. Окисный слой при этом разрушается за счёт механических нагрузок, главным образом в результате сдвиговых деформаций.

Одним из направлений сварки давлением является рельефная сварка, при которой на деталях предварительно создают рельефы — локальные возвышения на поверхности размером несколько миллиметров в диаметре (рисунок 1.3). При сварке контакт деталей происходит по рельефам, которые расплавляются проходящим через них сварочным током. При этом происходит пластическая деформация рельефов, выдавливаются оксиды и загрязнения. После прекращения протекания сварочного тока происходит кристаллизация расплавленного металла и образование соединения.

Рисунок 1.3 - Конструктивные элементы сварных соединений, выполненных контактной рельефной сваркой: 5 и 5/ - толщина детали; й- расчетный диаметр литого ядра точки или ширина литой зоны шва; кик! - величина проплавления

Для получения сварного соединения недостаточно простого соприкосновения поверхностей соединяемых деталей. Межатомные связи могут установиться только тогда, когда соединяемые атомы получат некоторую дополнительную энергию, необходимую для преодоления существующего между ними энергетического барьера [43]. При этом атомы достигают состояния равновесия в действии сил напряжения и отталкивания. Эту энергию называют энергией активации. Активация контакта - это процесс преднамеренного повышения энергии в

9в сЗарни

Послг сварки

й

поверхностных слоях или по плоскости контакта. При сварке ее вводят извне путем нагрева (термическая активация) или пластического деформирования (механическая активация). Конечная цель активации -создание сварного соединения [42].

Сущность сварки давлением состоит в непрерывном или прерывистом совместном пластическом деформировании материала по кромкам свариваемых деталей. Благодаря пластической деформации и течению металла облегчается установление межатомных связей соединяемых частей. Для ускорения процесса применяют сварку давлением с нагревом. В некоторых способах сварки давлением нагрев может производиться до оплавления металла свариваемых поверхностей.

Наиболее близкой к электроимпульсному брикетированию оказывается технология контактной и рельефной сварки. Контактная сварка - это процесс образования соединения в результате нагрева металла проходяттшм через него электрическим током и пластической деформации зоны соединения под действием сжимающего усилия (рисунок 1.4).

Основные параметры всех способов контактной сварки — это сила сварочного тока, длительность его импульса и усилие сжатия деталей. Теплота <3 в свариваемом металле выделяется при прохождении через него импульса тока 1с длительностью t в соответствие с законом Джоуля — Ленца.

Ьр

<р ш

Рисунок 1.4 — Схема контактной сварки

Ниже будет показано, что процессы, происходящие при электроимпульсном брикетировании, схожи с процессами сварки. По этой причине необходимо рассмотреть и более детально изучить аспекты контактообразования при электросварке.

Точечная контактная сварка, как и электроимпульсное брикетирование — процесс, при котором детали соединяются в одной или одновременно в нескольких точках. Прочность соединения определяется размером и структурой сварной точки, которые зависят от формы и размеров контактной поверхности электродов (или стружек при электроимпульсном брикетировании), силы сварочного тока, времени его протекания через заготовки, усилия сжатия и состояния поверхностей свариваемых деталей. При электроимпульсном брикетировании металлических отходов прочность получаемых брикетов также зависит от усилия сжатия стружки и параметров пропускаемого через нее тока. Таким образом, целесообразно исследовать процессы контактообразования при контактной сварке, который является в достаточной мере изученным. Подробнее данный вопрос будет рассмотрен в главе 2.

1.2.4 Электроимпульсное спекание порошков и гранул

Порошковой металлургией называют область техники, охватывающую совокупность методов изготовления порошков металлов и металлоподобных соединений, полуфабрикатов и изделий из них или их смесей с неметаллическими порошками без расплавления основного компонента [53]. Из имеющихся разнообразных способов обработки металлов порошковая металлургия занимает особое место, так как позволяет получать не только изделия различных форм и назначений, но и создавать принципиально новые материалы, которые другим путем получить очень трудно или невозможно. У таких материалов можно получить уникальные свойства, а в ряде случаев существенно повысить экономические показатели производства. При этом способе в большинстве

24

случаев коэффициент использования материала составляет около 100%. Порошковая металлургия находит широчайшее применение для различных условий работы деталей изделий. Методами порошковой металлургии изготавливают изделия, имеющие специальные свойства: антифрикционные детали узлов трения приборов и машин (втулки, вкладыши, опорные шайбы), конструкционные детали (шестерни, кулачки), фрикционные детали (диски, колодки), инструментальные материалы (резцы, пластины резцов, сверла), электротехнические детали (контакты, магниты, ферриты, электрощетки) для электронной и радиотехнической промышленности, композиционные (жаропрочные) материалы [53]. Существенные успехи достигнуты в разработке теоретических основ и технологии процессов прессования и формования изделий из порошков. Из вышесказанного следует, что порошковая металлургия играет значительную роль в современном технологическом процессе, а электроимпульсная технология демонстрирует иной подход к процессу брикетирования порошков и позволяет расширить сферы применения порошковой металлургии.

В первых работах по электроимпульсному спеканию порошков и гранул процесс представлялся следующим образом: ток пропускают через заготовку, находящуюся под действием внешнего давления в пресс-форме. Воздействие импульсного тока на заготовку приводит к частичному или полному расплавлению частиц порошка, разогреву гранул и повышению их пластичности, разрушению окисных плёнок и активации поверхности гранул, пробою и оплавлению цепочек гранул с образованием каналов в направлении протекающего тока [24].

Применяемые в настоящее время технологии получения пористых материалов из сферических порошков титана методом спекания в состоянии свободной засыпки, а также из порошков ниобия и тантала методом прессования со связкой и спекания имеют низкую

производительность и малоэффективны [36]. В связи с этим использование метода электроимпульсного спекания для получения пористых порошковых материалов из таких порошков является предпочтительным, так как позволяет снизить энергозатраты, упростить технологию изготовления.

По разработанному процессу из сферического порошка титана были изготовлены пористые порошковые материалы с пористостью 38% в виде пластин, используемых в качестве элементов пористого охлаждения. Исследования локальной проницаемости полученных элементов показали, что коэффициент вариации этой величины менее 10%, что свидетельствует о высокой равномерности их порораспределения [36]. Кроме того, электроимпульсным методом были получены ниобиевые объемно-пористые аноды оксидно-полупроводниковых конденсаторов. Данный метод позволил исключить из традиционной технологии такие трудоемкие операции, как подготовка порошка со связующим, подготовка вывода и утильный отжиг. Позволил получить изделия без применения связующих материалов, не загрязняя порошок ниобия вредными примесями. Авторами разработана теоретическая модель процессов электроимпульсного спекания, которая подробно рассматривается в главе 2.

Другие авторы использовали электроимпульсный метод для получения малоразмерных деталей из титановых гранул. Эти изделия планировалось в дальнейшем использовать в качестве вживляемых протезов зубов. Размер гранул ~ 1 мм. Для образования контакта большое значение имеет то, что воздействие высокой температуры происходит практически мгновенно, порядка 10'2 секунд. Одновременно создается магнитное поле, нормальное к направлению тока. Магнитное поле создает эффективное радиальное давление, направленное к центру, за счет чего осуществляется уплотнение спекаемых гранул [35]. Это приводит к тому, что после электроимпульсного спекания нет необходимости

выпрессовывать образец из матриц, что способствует сохранению его наружного слоя и лучшему контактообразованию. При этом происходит предварительное спекание, в результате которого образуются контактные шейки между гранулами (рисунок 1.5), и заготовка приобретает необходимую контактную прочность. Наличие контактов между гранулами, несмотря на разницу размеров последних, позволяет проводить окончательно спекание при температуре ниже средней температуры спекания для данного фракционного состава. В результате допекания заготовок осуществляются рост и упрочнение контактных шеек, при этом форма гранул остается неизменной [35].

Рисунок 1.5 - микроструктура пористого материала из порошка ВТ-9, спеченного в вакууме (а) и методом электроимпулъсного спекания(б)

б

Металлографические исследования, проведенные [35], подтверждают, что при электроимпульсном спекании сохраняются

исходная форма частиц, химическая неоднородность и дендритное строение.

При электроимпульсном спекании, как и при традиционном спекании, происходит образование межчастичных контактов. На топограммах хрупкого излома пористого материала в местах контакта частиц видны области расплавленного металла, образовавшегося при выделении тепла на контактах частиц, покрытых оксидной пленкой, обладающей повышенным удельным сопротивлением. Для установления закономерностей формирования контактов можно произвести анализ происходящих процессов при электроимпульсном спекании и при спекании по традиционной технологии в вакууме.

В отличие от пористых материалов, полученных методом электроимпульсного спекания (рисунок 1.56), при спекании в вакууме реализуется структура, характерная для высокотемпературного отжига, то есть система переходит в более равновесное состояние. Неоднородность химического состава различных гранул исчезает благодаря процессам диффузии. Наблюдается также характерный для данного процесса рост зерна. При получении пористых материалов методом электроимпульсного спекания структура исходных гранул не претерпевает существенных изменений, то есть разогрев и расплавление металла происходят только в зоне контакта, температура же остального объема материала изменяется незначительно [35].

Процесс электроимпульсного компактирования гранул и порошков, хотя и осуществляется в несколько ином диапазоне параметров, по своему характеру весьма близок к нашему процессу электроимпульсного брикетирования стружки, кроме того сферическая форма гранул позволяет производить теоретическое рассмотрение процесса. Ниже (в главе 2) соответствующие теоретические представления будут рассмотрены подробно.

1.2.5 Электроимпульсное упрочнение расходуемых электродов из титановой губки

Наиболее близки к предлагаемому нами технологическому процессу электроимпульсного брикетирования стружки работы по исследованию спекания (увеличения прочности и проводимости) прессованных образцов из металлических гранул [37], на анализе которых целесообразно остановиться подробнее. Опыты проводились на моделях расходуемых электродов для вакуумно-дуговой плавки титана, изготовленных методом полунепрерывного холодного прессования из гранул диаметром около 0,5 см. При протекании тока через образец падение напряжения на контактах между гранулами максимально и процессы, протекающие в контактах, определяют реакцию системы на внешнее воздействие. Измерялось результирующее изменение проводимости и прочности. Экспериментальные исследования проводились с моделями электродов диаметром 16, 40, 100, 210 мм. Спекание осуществлялось с помощью генераторов импульсного тока, в которых в качестве накопителя используются высоковольтные конденсаторные батареи. Длительность воздействия варьировалась от 4 мкс до 16 мс, амплитуда тока - до 90 кА. Контроль изменения прочности образцов осуществлялся как непосредственным измерением прочности, так и по изменению электрического сопротивления. Из-за сильно выраженной неоднородности структуры прочность различных образцов, изготовленных при одинаковом усилии прессования, имеет значительный разброс. Поэтому в качестве меры прочности исходных образцов авторы [37] рассматривали не давление прессования, а проводимость - параметр, легко измеряемый и имеющий очевидную связь с механическими свойствами рассматриваемой неупорядоченной системы.

Испытания образцов, подвергавшихся воздействию импульсов тока

разной амплитуды при одинаковой длительности или различной

29

длительности при одной амплитуде тока, выявили следующие закономерности спекания:

1) воздействие на образец импульсом тока с амплитудой меньше некоторой критической (в зависимости от плотности прессования ]с ~ 10й -

7 0

10 А/м ) не приводит к возрастанию проводимости и прочности;

2) длительное (в течение нескольких секунд) протекание через электрод тока с плотностью у < ус не изменяет его прочность, даже если температура образца при этом достигает 500-600°С;

3) изменения температуры образца в целом при электроимпульсном упрочнении практически не наблюдается;

4) если образец дважды подвергался воздействию импульсов тока одинаковой амплитуды у'; =]2 > ус и длительности х, = т2, то второй импульс не меняет его свойств;

5) если 7*2 > у"; (или длительность т2 > Т]), то результат двух последовательных воздействий такой же, как при протекании по образцу одного импульса большей амплитуды (или большей длительности).

Было изучено влияние формы импульса тока на эффективность упрочнения. Сравнение результатов воздействия на образцы импульсами, имеющими форму треугольника, прямоугольника, полупериода синусоиды, затухающей синусоиды при длительности т ~ 1 мс и длительности фронта от 10 мксек до 0,5 мсек показало, что эффективность воздействия не зависит от формы импульса, а определяется величиной интеграла тока [54]:

г

J=\j1{t)dt

0 (1.1)

При воздействии на образцы с одинаковым исходным сопротивлением импульсами с заданной величиной 3 относительное изменение сопротивления одинаково.

Эти исследования отличаются от работ по электроимпульсному

30

брикетированию, прежде всего тем, что гранулы титановой губки слабо окислены, не обладают упругостью, а пластичность их высокая. Главное же в том, что прочность электрода уже сформирована за счёт высокого давления прессования. Авторами этих работ разработана теоретическая модель процесса и выполнены соответствующие расчёты, которые будут детально рассмотрены в Главе 2. Однако, как установили авторы исследования [37], упрочнение происходило не во всём объёме образца, а на стыке двух «плохих» прессовок.

В целом, на протяжении ряда лет выполнялись работы по электроимпульсному спеканию ряда дисперсных материалов. Эти работы указали на перспективность метода и его преимущества перед традиционными технологиями, дали некоторые конкретные результаты, но по ряду причин не получили продолжения. Это послужило началом работ, направленных на исследования процессов, происходящих при электроимпульсном брикетировании. В то же время существует большая потребность в компактировании многих дисперсных материалов с целью их дальнейшего использования в качестве изделий, материалов или полуфабрикатов. Это касается не только промышленных отходов, большое количество которых образуется на металлургических предприятиях, а также твердых бытовых отходов.

1.3 Виды и источники дисперсных металлических материалов

Ограниченность разведанных запасов и быстрый рост цен на многие виды первичного сырья, резкое ужесточение требований по защите окружающей среды, касающихся как добычи руды и энергоносителей, используемых при производстве металла, так и складирования отходов, вызывает необходимость более полного и рационального использования вторичных, техногенных ресурсов и применения экологически чистой, безотходной технологии их переработки [55, 56]. Для многих металлов

выгоднее оказывается получение полуфабрикатов, полученных из отходов, нежели из руды.

В металлургии в настоящее время основным резервом вторичного сырья является металлическая стружка (в особенности стружка высокопрочных металлов), измельченная листовая обрезь, проволока, кабели, металлические тросы, фольга и тому подобное. Использование таких отходов в тех количествах, которые в настоящее время образуются и накапливаются в сфере производства и потребления, по действующей технологии сопряжено с большими трудностями.

Другой перспективный источник легковесных металлических отходов - смешанный лом, прежде всего из состава твёрдых бытовых отходов. Концепция раздельного сбора и утилизации отходов, принятая в развитых странах, уже на первом этапе предполагает полную утилизацию металлических отходов. Твердые бытовые отходы могут стать источником дешёвого металлургического сырья. Однако извлекаемое сырьё - сложный смешанный лом и, по-видимому, единственный способ его утилизации включает его измельчение и сепарацию. В этом процессе образуются значительные количества измельчённого лома чёрных и цветных металлов сходного со стружкой, а брикетировать такой лом существующие брикет-прессы не могут.

Ежегодно в мире при металлообработке образуются десятки миллионов тонн металлической стружки, миллионы тонн другого легковесного лома и металлических отходов [55]. Трудности, связанные с переработкой дисперсных металлических отходов, имеющих низкую насыпную плотность, и, в частности, стружки, усугубляется неудобством их хранения, транспортировки, перегрузки и подачи в технологические агрегаты. При переплавке таких отходов традиционными методами наблюдается значительный угар, опасный не только в связи с потерей металла, но и с загрязнением окружающей среды [6-7]. В настоящее время

развиваются специальные методы плавки, предназначенные для легковесных отходов [57], а также используются и разрабатываются методы брикетирования таких отходов [17], однако проблема далека от разрешения. В то же время высокая дисперсность делает такие отходы ценным техногенным сырьем для последующей переработки, в частности для получения металлических порошков различного фракционного состава и назначения [58-60].

Полное и эффективное использование стружки и других подобных отходов не только позволит освободить огромные территории, используемые под свалки и сохранные отвалы, сократить потребность в руде и энергоносителях, но и уменьшить загрязнение окружающей среды стружкой, маслами и смазкой, продуктами окисления стружки.

Особая проблема - утилизация сложного металлолома: старых автомобилей, бытовой техники, приборов, оборудования. Эта проблема особенно актуальна для России, так как в нашей стране фактически нет подобного производства, а количество автомобилей и другой техники стремительно нарастает. Сложный металлолом, наряду с черными металлами, содержит ряд цветных металлов, пластмасс и других материалов. При этом стоимость цветных металлов, содержащихся в сложном ломе, близка к стоимости черных металлов, а иногда может и превышать ее. С другой стороны, даже небольшие количества цветных металлов могут недопустимо снижать качество выплавляемых сталей [56]. В связи с этим единственный путь переработки сложного лома - его измельчение и сепарация. Однако в этом процессе образуется значительное количество измельченного легковесного лома, поверхность которого, как правило, окрашена, защищена покрытием или окислена. Такой лом не поддается пакетированию и брикетированию с использованием существующих методов, а перевозка и переработка его навалом, в связи с малой насыпной плотностью, ведет к большим затратам и потерям [61].

Важность проблемы повышения эффективности переработки стружки вытекает из того факта, что при механической обработке чёрных металлов до 20%, при обработке цветных металлов до 60%, при обработке сложного литья до 80% веса заготовок переходит в стружку.

Сложность переработки стружки и других подобных отходов связана с их низкой насыпной плотностью и отсутствием эффективной техники и технологии перегрузки при транспортировке и загрузке технологических агрегатов. Переплавка стальной и чугунной стружки навалом ведет к потере до 50 % металла (5% теряется при хранении и транспортировке, 15% за счет коррозии, и 30% за счет угара при плавке). При этом окружающая среда загрязняется стружкой, маслами, продуктами окисления металла [61]. Переплавка стружки и других легковесных отходов может осуществляться только в мартеновских печах, которые в настоящее время постепенно выводятся из эксплуатации, при этом существенно возрастает время загрузки печи, требуются значительные помещения для хранения стружки. Перед транспортировкой и переработкой стружку следует переводить в более компактное состояние, то есть брикетировать.

Проблема брикетирования стружки особенно актуальна для титановых сплавов. Титан легкий, прочный, тугоплавкий, пластичный, устойчивый в агрессивных средах металл, с хорошими баллистическими характеристиками. Титан широко используют в химической промышленности, начинают применять в пищевой промышленности и в быту. Титан - один из наилучших материалов для изготовления вживляемых протезов. Сфера применения титана непрерывно расширяется [8]. Титановая руда - широко распространенный и дешевый материал, однако технология получения титана - сложный, многостадийный, высокотехнологичный, опасный, экологически вредный и весьма дорогостоящий процесс. При производстве изделий из титановых сплавов

образуется много отходов (более 70% по отношению к весу исходной шихты, около половины отходов - стружка) [8].

Существующая промышленная технология плавки титановых сплавов в вакуумно-дуговых печах [8-10], [62] позволяет использовать не более 15% стружки в составе прессованного расходуемого электрода первого переплава, и не позволяет использовать стружку в составе шихты при производстве вторичных сплавов и титанового литья, где ее использование наиболее целесообразно [10], [62].

Эти факторы обуславливают высокую стоимость титановых сплавов, полуфабрикатов и изделий и, тем самым, ограничивают сферу применения изделий из титановых сплавов [10], [62].

Также можно выделить иной источник легковесных и мелкодисперсных материалов - порошки, гранулы и металлические чешуйки, которые широко используются в порошковой металлургии [36].

Металлические порошки применяются в металлургии (металлотермия, самораспространяющийся высокотемпературный синтез, порошковая металлургия), при изготовлении огнеупорных материалов, тормозных колодок, фильтров, катализаторов, покрытий, лакокрасочных материалов и др. изделий промышленного и бытового назначения, а также при прототипировании, производстве полимерно-металлических и металлокерамических материалов. По тоннажу лидирует порошковая металлургия на основе стальных порошков, мировой рынок которых исчисляется сотнями тысяч тонн в год.

Важно учесть, что в настоящее время порошки металлов практически повсеместно производятся затратными способами, основанными на плавлении или испарении металлов. Поэтому столь актуальным является создание эффективных и дешевых методов получения качественных порошков путём механического измельчения металлической стружки, резаной проволоки, фольги или металлических

гранул, то есть в основном из промышленных отходов (легковесного лома). Хорошо известно, что наиболее экономичный способ получения порошков - механическое дробление и измельчение [63].

Таким образом, имеется большой спектр дисперсных металлических материалов, как высококачественных дорогостоящих, так и промышленных отходов, за утилизацию которых предприятия готовы платить. В то же время существует ряд методов по превращению этих дисперсных материалов в прочные образцы - брикеты, о преимуществах которых было сообщено ранее. Из выше изложенного можно сделать вывод о том, что данная работа направлена на решение серьезной актуальной задачи - исследования электроимпульсного метода брикетирования металлических отходов.

1.4 Современные методы компактировання и брикетирования дисперсных сред

Компактирование - это процесс преобразования дисперсной среды в прочный образец. В результате такого процесса получают как пористые, так и сплошные детали, плотность которых может быть даже выше чем у литых деталей. При получении сплошных деталей из пластичных материалов применяют высокие давления, при использовании высокопрочных порошков давление сочетают с нагревом, при получении пористых изделий процесс ведут в две стадии: вначале получают заготовку, обладающую хотя бы минимальной прочностью, а затем спекают её в печи при высокой температуре для получения прочного пористого изделия [36].

Брикетированием называется процесс переработки материала в куски геометрически правильной и однообразной формы одинаковой массы — брикеты.

В зависимости от исходного материала брикетирование

производится со связующими (цементирующими, клеящими) веществами при средних давлениях (10—50 Мн/м2) и без связующих веществ при высоких давлениях (100—200 Мн/м2). Для получения брикетов высокого качества, материал, направляемый на прессование, должен отвечать определённым требованиям (фракционный состав, влажность, температура и прочее). Механизм основной стадии брикетирования — прессования, в общем виде представляется следующим образом. При небольшом давлении происходит внешнее уплотнение материала за счёт пустот между частицами. Затем уплотняются и деформируются сами частицы; между ними возникает молекулярное сцепление. Высокое давление в конце прессования приводит к переходу упругих деформаций частиц в пластические, вследствие чего структура брикета упрочняется и сохраняется заданная форма. На характер деформаций сильно влияют физико-химические свойства исходного материала [6].

В настоящее время основная промышленная технология брикетирования металлической стружки - брикетирование давлением с помощью специальных брикет-прессов. Сцепление стружки в брикет осуществляется за счет механических контактов, возникающих при пластической деформации металла. Достаточно прочные брикеты (пригодные для транспортировки и дальнейшей переработки) получаются при плотности брикета не менее 60 - 70% от плотности металла. Давление прессования зависит от пластичности металла и составляет для обычных сталей и чугуна 300-400 МПа [6], а для титановых сплавов - 300-900 МП а [62]. Переход к брикетированию более (менее) прочных материалов требует переналадки (замены прессформ). Прочность получаемых брикетов недостаточна, а металлургическая ценность брикетов из-за их загрязнения смазкой низкая. Удаление смазки из плотных брикетов, полученных при высоком давлении невозможно, а её удаление из стружки требует существенных затрат, что не всегда экономически оправдано.

Брикеты, загрязненные смазкой, можно переплавлять только в мартеновских печах, при этом наличие в брикетах масел и смазочно-охлаждающих жидкостей ведет к значительным потерям металла (хотя эти потери существенно меньше, чем при переплаве стружки навалом [64]). Брикеты, свободные от смазки, можно переплавлять в конверторах, электропечах и других современных агрегатах, так как в этом случае исключается возможность бурного газовыделения и взрыва [6]. Основным недостатком метода, на наш взгляд, является отсутствие универсальности, то есть невозможность брикетирования высокопрочных материалов.

Разновидностью этого метода является способ брикетирования стружки ударным прессованием. Этот способ позволяет снизить габариты и вес оборудования, однако обладает высокой сейсмичностью и не позволяет создать достаточно надёжное оборудование [1], [55].

Высокопрочные, легированные стали и другие высокопрочные сплавы фактически не поддаются брикетированию давлением, так как для этого в связи с малой пластичностью необходимы высокие давления, использование которых ведет к резкому снижению производительности и быстрому износу оснастки.

Для получения брикетов из высокопрочных металлов их прессуют в нагретом состоянии для увеличения пластичности [6]. Сталь и чугун подогревают до температуры 600 - 700 °С, а жаропрочные сплавы до более высоких температур (примерно 50% от температуры плавления). Нагрев позволяет существенно уменьшить усилие прессования, но сцепление стружки в брикет по-прежнему осуществляется за счет механических контактов, возникающих при деформации металла. Брикетирование в нагретом состоянии требует весьма больших затрат энергии (прежде всего на разогрев стружки), приводит к окислению и испарению как основного металла, так и в особенности химически активных, дорогостоящих легирующих компонентов (ванадий, титан, алюминий, магний, цинк и др.),

как следствие, ухудшается качество металла, загрязняется окружающая среда.

Разновидностью этого метода является электроконтактный способ брикетирования, при котором предварительный разогрев стружки осуществляется электрическим током. Этот способ позволяет несколько упростить оборудование для брикетирования, однако основные недостатки метода сохраняются.

Особенно остро стоит проблема брикетирования титановых сплавов. Это связано как с высокой прочностью титановых сплавов, так и с тем, что из-за наличия плотного окисного слоя на поверхности титана стружка плохо прессуется. Нагрев титана в воздушной среде до температуры 700 -800°, при которой его пластичность существенно возрастает, невозможен из-за высокой химической активности титана, так как при этой температуре происходит окисление титана. Стружку титановых сплавов можно брикетировать при давлениях до 900 МП а [6], [62] на брикет прессах Одесского завода, однако брикетирование оказывается экономически нецелесообразным.

Для уменьшения окисления металла при нагреве брикетирование реакционных металлов проводят в инертной среде или в вакууме. Если процесс проводить в защитной среде высокой чистоты или в высоком вакууме, металлы, в том числе реакционные, можно нагревать до высокой температуры, близкой к температуре плавления. Сцепление стружки в брикет в этом случае может осуществляться как за счет образования механических контактов при большой деформации стружки, так и за счет спекания отдельных частиц стружки в результате диффузии металла в зоне контакта этих частиц. Если сцепление стружки осуществляется только за счет диффузионной сварки, то такой способ дает возможность получить брикеты из стружки с плотностью & 10 - 90% от плотности металла. Для осуществления этого процесса необходимо иметь стружку с малой

степенью окисления (так как толстый окисный слой будет препятствовать диффузии). Для этого необходимо тщательно очистить поверхность стружки от загрязнения, создать защитную среду высокой чистоты, чтобы избежать окисления металла при нагреве. Нагреть металл до температуры, близкой к температуре его плавления, и выдержать его при этой температуре в течение времени, необходимого для растворения окисного слоя и диффузии металла, охладить полученный брикет в защитной среде. Таким образом, реализация этого способа требует больших затрат времени, энергии и материалов (в том числе инертного газа высокой чистоты), что делает способ малопроизводительным и дорогостоящим. Кроме того, использование этого способа ведет к ухудшению качества металла как за счет окисления металла остаточными газами, так и особенно за счет испарения летучих легирующих компонентов (ванадий, олово, цинк и др.). Стоимость полученных титановых брикетов близка к стоимости металла в слитках, что фактически не позволяет использовать этот способ для брикетирования стружки с целью вторичной переработки.

Существует способ брикетирования стружки, преимущественно титановой, который является наиболее близким аналогом предлагаемого технологического процесса [65]. Этот способ состоит в следующем: дробленую и очищенную стружку загружают в герметичную, электроизолированную пресс-форму; включают пресс, который создает давление 20 - 25 МПа, при этом происходит предварительное уплотнение стружки до плотности - 2 г/см (40% от плотности металла); прокачивают через пресс-форму инертный газ, аргон с добавлением водорода, для создания инертной среды; пропускают электрический ток с плотностью 8-11• 10б А/м в течение 10- 15 с. Стружка нагревается электрическим током, ее пластичность возрастает как за счет нагрева, так и за счет наводороживания металла, происходит дальнейшее уплотнение стружки (до плотности 70 - 80% от плотности металла) и образование

механических контактов за счет большой деформации металла. Затем полученный брикет охлаждают в инертной атмосфере и извлекают.

Нагрев металла в этом случае производят до температуры, равной примерно 50% от температуры плавления металла, что дает возможность использовать защитную среду не очень высокой чистоты. Способ не позволяет получить пористые брикеты с плотностью менее 50% от плотности металла, кроме того, получаемые брикеты большей плотности в ряде случаев имеют недостаточную прочность; так как при указанных режимах невозможно образование прочных контактов между частицами стружки за счет их спекания. Прочное сцепление частиц стружки в брикет может быть осуществлено только за счет большой деформации стружки. Этот способ брикетирования не позволяет избежать ухудшения качества металла из-за его окисления остаточными газами и испарения легирующих компонентов. Способ требует больших затрат энергии и дорогостоящих материалов.

Таким образом, при существующей технологии образуется значительное количество стружки титановых сплавов, которая используется крайне неэффективно, например, возвращается в технологический процесс получения титана на ранних его стадиях, заменяя дешевое исходное сырьё - титановые шлаки [9].

Таким образом, проблема брикетирования металлической и, прежде всего, титановой стружки стоит в настоящее время весьма остро, а существующие и разрабатываемые методы брикетирования, несмотря на большие усилия ряда исследователей и организаций, пока не дали удовлетворительного результата. Поэтому требуется исследование данного электроимпульсного метода брикетирования с целью определения его оптимальных параметров, так как данный метод позволяет решать серьезные задачи, не используя мощных прессов и установок с рекордными энергетическими параметрами.

1.5 Электроимпульсное брикетирование металлической стружки

Как было сказано ранее, в настоящее время основная промышленная технология бшкетишвания металлической стружки - боикетишвание

XX 1 ^ Л. А

давлением с помощью специальных брикет-прессов. Переход к брикетированию более (менее) прочных материалов требует переналадки (замены прессформ). Прочность получаемых брикетов недостаточна, а металлургическая ценность брикетов из-за их загрязнения смазкой низкая. Высокопрочные, легированные стали и другие высокопрочные сплавы фактически не поддаются брикетированию давлением, так как для этого в связи с малой пластичностью необходимы высокие давления, использование которых ведет к резкому снижению производительности и быстрому износу оснастки. Это послужило предпосылками к исследованиям нового подхода к брикетированию, позволяющего ликвидировать озвученные выше недостатки.

Возможность более полного и рационального использования легковесных металлических отходов открывает электрофизический, электроимпульсный метод брикетирования, в котором в качестве технологического инструмента используется электрический ток большой плотности [11]. Этот метод разработан на основе результатов исследований описанных выше. Способ состоит в том, что стружку прессуют при сравнительно небольших давлениях (до 50 МПа для высокопрочных сплавов и пористости брикетов до 50%), а затем подвергают обработке с использованием коротких импульсов электрического тока. Эта обработка позволяет связать спрессованную стружку в прочный брикет (рисунок 1.6).

Рисунок 1.6 - Схема процесса брикетирования. 1 —источник импульсного электрического тока, 2 — пресс, 3 — изоляторы, 4 - пуансоны-электроды, 5 - электроизолированная прессформа, 6 — стружка

Исследования протекания импульсного тока по смеси из

проводников и диэлектриков показали, что можно выбрать такой режим

пропускания тока, чтобы произошло соединение отдельных проводящих

фрагментов между собой. Электропроводность смеси определяются,

главным образом, контактами между частицами металла. При протекании

тока энергия вводится в основном в зону контактов. При этом разогрев

всей массы материала может быть незначительным. В результате сжатия

исходный материал, вплоть до больших давлений, не приобретает

механической прочности. Механическую прочность можно создать, только

пропуская через образец электрический ток определенной амплитуды и

длительности. Существует довольно широкий диапазон амплитуды

импульсного тока, в котором осуществляется процесс брикетирования.

Внутри этого диапазона с ростом величины импульсного тока прочность

брикетов сначала возрастает, а затем уменьшается. Весь металл при

брикетировании нагревается незначительно, а локальные зоны контактов

нагреваются примерно до половины температуры плавления металла на

43

короткое время, порядка нескольких микросекунд, это позволяет избежать существенного окисления металла даже при брикетировании на воздухе такого химически активного металла как титан.

Несмотря на некую схожесть рассматриваемых процессов с упрочнением электродов, главное отличие электроимпульсного брикетирования состоит в том, что при упрочнении электродов обрабатываются образцы уже имеющие значительную механическую прочность [37].

В первых опытах [16-18] на лабораторной и опытно-промышленной установках изготовлены брикеты различной формы, размера и плотности из стружки титановых сплавов различных сортов, в том числе высокопрочных, например ВТ 1-0, ЗМ, ВТ20. Механические испытания образцов брикетов разной плотности показали, что при малой амплитуде пропускаемого тока брикеты не образуются, при увеличении амплитуды образуются брикеты малой прочности, а затем прочность брикетов начинает расти. Неожиданным оказалось то, что при относительно небольшом вкладе энергии 5 кВт■ час/т) прочность брикетов на разрыв превысила 200 кН/м2, что вполне достаточно для транспортировки и переработки.

Исследовалось влияние процесса брикетирования на качество получаемого металла. Это исследование включало получение мини брикетов, их плавку во взвешенном в магнитном поле состоянии с получением мини слитков, химический анализ металла и исследование его механических свойств. Исследование показало, что при брикетировании на воздухе даже такого химически активного металла как титан, содержание азота не увеличивается, окисление невелико, а в целом загрязнение металла незначительно. Оценка технологических возможностей использования брикетов в промышленных условиях (изготовлены расходуемые электроды, из которых выплавлены слитки весом около

100 кг, доля использования брикетов из стружки в шихте составляла 5% и 10 %) показала, что содержание газов в металле соответствует расчетам шихты. При увеличении содержания доли брикетов в составе шихты на 1 % содержание кислорода в сплаве увеличилось на 0,008 %. Температура брикетов после обработки не превышает 200 °С. При таком нагреве не происходит газонасыщения метала, кроме того, данная технология является энергосберегающей, что подтверждается расчетами и другими экспериментальными данными [24].

Получены брикеты из стружки большинства других металлов: меди, латуни, алюминия [18], чугуна и сталей (в том числе немагнитных нержавеющих, углеродистых, легированных) и измельченного стального лома, металлокорда. Показана перспективность использования брикетов в чёрной металлургии.

В первых опытах брикеты получали при пропускании электрического тока в направлении, совпадающем с направлением прессования. Впоследствии был предложен и опробован более технологичный вариант процесса брикетирования, при котором ток пропускается перпендикулярно направлению прессования. Это позволяет сделать электроды неподвижными и уменьшить габариты установки.

Результаты выполненных работ показывают, что брикеты можно использовать в качестве шихты в гарнисажных печах для получения фасонного литья и слитков первого переплава в соответствии с химическим составом стружки, так же как и другие отходы.

В рамках работ [18] электрофизическим методом брикетирования были получены образцы из отходов различных титановых сплавов. На рисунках 1.7 - 1.19 приведены фотографии некоторых брикетов, полученных на экспериментальной установке электроимпульсного брикетирования легковесных металлических отходов.

■1И11

(■¡■¡■И

Рисунок 1.7 - Фотография брикета из стружки титанового сплава ЗМ. Размер брикета: диаметр 53 мм, высота 110 мм; плотность 0,8 г/см (18% Тг, пористость 80 %); масса 200 г.

Рисунок 1.8 - Фотография излома брикета (после испытания на разрыв), на изломе видны сварочные точки (несколько таких точек указано

стрелками)

Рисунок 1.9 - Фотография брикета полученного на опытно-промышленной установке. Стружка титанового сплава ЗМ. Размер

брикета: 175x64x50 мм; плотность 1,1 г/см (пористость 75%);

масса 590 г.

В работе [24] производились измерения прочности полученных образцов путем испытания их на разрыв при одноосевом статическом нагружении на разрывной машине РД-05. Было показано, что процесс формирования механической прочности образцов импульсным электрическим током носит пороговый характер. При малом токе формирования брикетов не происходит, при повышении разрядного тока образуются брикеты с малой прочностью, при дальнейшем увеличении тока прочность брикетов резко возрастает и затем в широком диапазоне изменения величины пропускаемого тока растет медленно [24]. Таким образом, были определены пороговые значения параметров процесса для реализации электроимпульсного метода брикетирования, что позволяет проводить исследование электрофизического метода конкретных граничных диапазонов энергетических параметров данного метода (воздействующих токов, длительности импульса и прочих).

1.6 Выводы

Известно электроимпульсная технология брикетирования металлической стружки - нетрадиционное техническое решение, в котором

в качестве технологического инструмента выступает электрический ток большой плотности. Главное её достоинство - использование дешевого, доступного, чистого энергоносителя - электрического тока. Это позволяет брикетировать материалы, которые ранее не поддавались или с трудом подавались брикетированию, упростить оборудование, экономить энергию и материалы.

Был предложен [22] и опробован технологичный вариант процесса брикетирования, при котором ток пропускается перпендикулярно направлению прессования. Однако основные исследования проведены для варианта процесса, при котором ток пропускается в направлении прессования. Полностью повторять все исследования для нового варианта процесса нет необходимости, но следует изучить прочностные характеристики брикетов, полученных новым вариантом метода, тем более что в этом способе прочностные характеристики брикетов в направлении, совпадающем с направлением прессования и в перпендикулярном ему, могут различаться.

Ранее было исследовано общее загрязнение газовыми примесями металла, получаемого из брикетов, и установлено, что оно относительно не велико и не препятствует их использованию в ряде технологических процессов. Тем не менее проведенные исследования не разрешили всех вопросов, так как при электрофизическом методе воздействия на металл важным оказывается локальное газонасыщение металла в области точек сварки, так как оно может приводить в конечном итоге к появлению газонасыщенных включений в выплавленном металле. Они включения могут стать концентраторами напряжений и приводить к разрушению изделий, что в значительной мере ограничивает область применения брикетов. Следует выполнить исследования газонасыщения непосредственно контактных зон. Кроме чисто технологических

результатов такое исследование может дать информацию и о самом процессе контактообразования.

Ранее получали брикеты с металлическими и диэлектрическими включениями. Было показано, что такие включения не препятствуют брикетированию. Однако для получения новых материалов, в том числе лигатур, необходимо такие включения вводить в брикеты в значительных количествах, что требует дополнительного уточнения, а также необходимо изучить и саму возможность использования таких материалов для изготовления лигатур.

Разработанная ранее опытно-промышленная установка для брикетирования стружки титановых сплавов имела ряд недостатков, которые были выявлены в ходе ее испытаний. Необходимо усовершенствование ее конструкции в части подвода импульсного тока большой плотности, модернизации ГИТ и прессового оборудования. Кроме того, для технологии нужна универсальная, более производительная и дешевая установка. Концепцию такой установки необходимо разработать и опробовать.

Рассматриваемый в рамках данной работы метод воздействия является электрофизическим, поэтому необходимо четко выявить энергетические параметры процесса (величину плотности импульсного тока, длительность импульса, допустимые значения индуктивной и активной составляющей процесса и так далее).

Заключение диссертации по теме «Электрофизика, электрофизические установки», Крестьянинов, Денис Андреевич

4.7 Выводы

В результате проведенных экспериментальных исследований установлено, что брикеты, полученные при пропускании импульсного тока в направлении перпендикулярном направлению прессования, обладают прочностью, примерно равной прочности по опробованной ранее схеме брикетирования. Полученные значения в пределах ошибки измерений равны, и можно полагать, что прочность брикетов на излом существенно не зависит от направления их нагружения, то есть для промышленной реализации метода может быть осуществлен переход к более технологичной схеме электроимпульсного брикетирования, рассматриваемой в данной работе.

Серия опытов по получению электроимпульсным методом композитных брикетов из металлической стружки или порошка с металлическими и диэлектрическими включениями различных размеров при изменении электропроводности включений от величины соответствующей диэлектрику и до величины несколько большей, чем проводимость металла матрицы, показала, что проводящие включения могут занимать до 50 % объёма готового брикета, а диэлектрические - до 30 %.

Экспериментально установлено, что при брикетировании титановых сплавов содержание кислорода и азота в зоне контакта примерно равно газонасыщению поверхности стружки, образующейся при обработке полуфабрикатов, и не может быть препятствием к их дальнейшему использованию.

Основываясь на полученных положительных результатах, и после экспериментального подтверждения положений, озвученных в предыдущих главах, для применения электроимпульсного метода брикетирования в промышленных масштабах, была сформулирована концепция создания промышленной установки [102].

Заключение и выводы

На основе проведенного анализа и экспериментальных работ можно сделать следующие заключения и выводы:

1)при электроимпульсном брикетировании в процессе формирования контактов происходит плавление материала. Ранее предполагалось, что этот процесс осуществляется за счет чисто твердотельных механизмов.

2) показано, что при пропускании через массив сжатой стружки импульса электрического тока амплитудой 250 кА, длительностью 400 мксек, содержание кислорода и азота в точках сварки стружек не препятствует использованию металла в любых металлургических переделах. Брикетирование электроимпульсным методом может быть реализовано без использования защитной атмосферы, в том числе для материалов, обладающих высокой химической активностью. Отсутствие существенного газонасыщения точек сварки косвенным образом указывает на то, что в зоне сварки нет мощных газовых разрядов.

3) получены брикеты с включениями кускового материала, как электропроводящего, так и диэлектрического. Электропроводящий кусковой материал может занимать до половины объема брикета, а диэлектрический - до 30 %. Показана возможность использования таких брикетов в качестве лигатуры.

4) установлено, что получаемые при электроимпульсном брикетировании образцы обладают равной прочностью по всем направлениям, хотя при их формировании имеются выделенные направления - направление прессования и направление пропускания электрического тока, которые могут совпадать или быть взаимно перпендикулярными. Полученное значение величины прочности брикетов позволяет использовать брикеты в целом ряде технологических процессов.

5) обоснована возможность получения по электроимпульсной технологии ряда материалов и полуфабрикатов как из стружки и отходов, так и из порошков и гранул. Получены образцы, в том числе из металлических порошков с включениями диэлектрических шариков;

6) создана модельная установка. Определены оптимальные параметры установки и разработана концепция для создания промышленной установки для электроимпульсного брикетирования. Показано, что установка использует небольшие усилия прессования и имеет в своем составе легко реализуемый по энергетическим параметрам ГИТ, что является важным преимуществом. Определены необходимые соотношения величины разрядного тока и его длительности, а также усилий пресса для оптимальной реализации метода электроимпульсного брикетирования металлических отходов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Крестьянинов, Денис Андреевич, 2011 год

Список литературы

1) Месяц Г.А. Эктоны в вакуумном разряде: пробой, искра, дуга. -М. : Наука. =2000. =424 с.

2) Резниченко S.A. Отечественная металлургия: наука и производство. // Неделя металлов в Москве. 11-14 ноября 2008 г., сборник трудов конференций. -Москва. -2009. - С. 111-117.

3) Рутберг Ф.Г. Отходы - дело доходное. // Российская Федерация сегодня. - 2011. - №21. - С. 23-25.

4) Юсфин Ю.С., Лисин B.C. Ресурсо-экологические проблемы XXI века и металлургия. -М. : Высшая школа. -1998. -447 с.

5) Сперкач И.Е. Внутренние ресурсо-экологические резервы черной металлургии России. - 2010. - № 4. - С. 100 - 104.

6) Тамуров В.П. Оборудование по переработке вторичных черных металлов. -М. : Металлургия. - 1976. -288 с.

7) Евдокимов А.Я. Издержки железного века. // Рынок вторичных металлов. - 2001. -№ 5. -С 38 - 40.

8) Андреев А.Л., Аношкин Н.Ф., Борзецовская K.M. Титановые сплавы. // Плавка и литьё титановых сплавов. -М. : Металлургия. - 1978. -383 с.

9) Сергеев В.В., Безукладников А.Б., Малыпин В.М. // Металлургия титана. -М. : Металлургия. - 1979, - 264 с.

10) Братухин А.Г., Бибиков Е.Л., Глазунов Г.С. Производство фасонных отливок из титановых сплавов. -М. : ВИЛС. - 1998. -292 с.

11) Абрамова К.Б., Самуйлов С.Д. Использование импульсного электрического тока большой плотности в качестве технологического инструмента: тезисы докладов IX Симпозиума по сильноточной электронике.

-1992.-С. 336-337.

12) Абрамова К.Б., Самуйлов С.Д., Бочаров Ю.Н., Шнеерсон Г.А.

Электрический ток большой плотности и сильные магнитные поля -технологический инструмент для металлургии легких сплавов. // Технология лёгких сплавов. -1999. - № 1 - 2. - С.195 - 198.

13) Абрамова К.Б., Воронин A.B., Самуйлов С.Д., Семенов A.A. Новые способы гранулирования металлов. // Цветные металлы. -1991. -№ 10. -С.57-60.

14) Абрамова К.Б., Самуйлов С. Д., Филин Ю.А. Способ брикетирования металлической стружки. Патент РФ № 2063304 от 10 июня 1994., БИ № 19. - 1996.

15) Оглоблин Б.Г, Дорф-Горский И.А., Ельчанинов A.A., Бочаров Ю.Н., Иванов В.И., Абрамова К.Б, Самуйлов С.Д. Устройство для брикетирования титановой стружки. Патент № 2173236, приоритет от 19.12.95, зарегистрирован в государственном реестре изобретений Российской Федерации г. Москва 10 сентября 2001 г., БИ № 25. - 2001.

16) Абрамова К.Б., Самуйлов С.Д. Электроимпульсное брикетирование титановой стружки. Научно-техническая конференция, посвященная 65-летию отечественной металлургии легких сплавов. -М. : 21 октября 1998г. Программа №3-12. - 1999. - № 1 - 2. - С.198 - 202.

17) Абрамова К.Б., Самуйлов С.Д., Филин Ю.А. Брикетирование титановой стружки под воздействием коротких импульсов электрического тока. // Цветные металлы. -1998. -№ 12. -С.70 - 74.

18) Абрамова К.Б., Бочаров Ю.Н., Самуйлов С.Д., Щербаков И.П. Формирование брикетов из отдельных металлических частиц и диэлектрика, под воздействием коротких импульсов электрического тока большой плотности. // ЖТФ. -2001. -С. 122 - 127.

19) Самуйлов С.Д., Абрамова К.Б. Один из способов использования отходов высокопрочных металлов. Международный конгресс "Инвестиционные проекты, строительство, экология", С.Петербург 17-19 апреля 1996 г. Программа работы круглого стола "Экологические

проекты". -20 с.

20) Abramova К.В., Samujlov S.D., Filin Yu.A. "Technology of titanium shavings briquetting." The 9th World Conference of Titanium, 7-11 June 1999, Saint-Petersburg, Russia, Abstract booklet, S8-49. Опубликовано: "Titanium'99: Science and Technology" Proceeding of the Ninth World Conference on Titanium. Central Research Institute of Structural Materials (CRISM) "PROMETEY". Saint-Petersburg, Russia, 11 June 1999. Edited by I.V. Gorynin, academician, professor, S.S. Ushkov professor, CRISM "PROMETEY", Russia, 2000, V 3, p 1311 - 1320.

21) Абрамова К.Б., Самуйлов С.Д., Антипов B.B., Русаков Н.И., Бочаров Ю.Н. Технология и оборудование для брикетирования металлической стружки. Доклады Четвёртой Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности». -1999. -С.57 - 64.

22) Абрамова К.Б., Самуйлов С.Д., Пухонто И.Я., Филин Ю.А., Антипов В.В, Зыкин Е.Г. Проект Технологического регламента 1612-00-0001ИЭ. 00-98 на период испытаний и опытной эксплуатации установки БТ-80. -СПб. : ЦКБ Машиностроения. -1998. - 17 с.

23) Исследование электроимпульсного метода брикетирования металлической стружки Бочаров Ю.Н., Ильин Н.С., Самуйлов С.Д. Доклад на конференции. -2003. -19 с.

24) Самуйлов С.Д. Электрофизический метод брикетирования металлической стружки: диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук. -Санкт-Петербург. -2002. -177 с.

25) Абрамова К.Б., Самуйлов С.Д. Электрофизический метод брикетирования металлической стружки. 3-й Международный Конгресс по управлению отходами ВейстТэк-2003. - Москва. -2003. -С.245- 246.

26) Абрамова К.Б., Бочаров Ю.Н., Самуйлов С.Д. Технология брикетирования металлической стружки и измельчённого металлолома.

Международная специализированная выставка-конференция «Отходы в доходы» 25 - 27 февраля 2004 г. - Санкт-Петербург. -2004. - С. 77- 78.

27) Абрамова К.Б., Самуйлов С.Д., Троицкий O.A. Использование электримпульсной технологии для брикетирования металлической стружки. Сборник научных трудов и инженерных разработок V Российской выставки «Изделия и технологии двойного назначения». -Москва. -2004. -С. 57 -59.

28) Абрамова К.Б., Самуйлов С.Д. Электрофизический метод брикетирования металлической стружки. // Рынок вторичных металлов. -2005. -№ 2/28. -С. 50-51.

29) Абрамова К.Б., Самуйлов С.Д. Технология и оборудование для брикетирования металлической стружки электрофизическим методом. 5-й Международный Конгресс по управлению отходами ВейстТэк-2005. -Москва.-2005.-С. 125-130.

30) Ильин Н.С., Абрамова К.Б., Самуйлов С.Д. Электрофизический метод брикетирования стружки и измельчённого лома черных и цветных металлов. 2-я Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Экология и научно-технический прогресс» ноябрь 2003 года, Пермский Государственный технический университет. -Пермь. -2004. -С. 338 - 342.

31) Абрамова К.Б., Самуйлов С.Д. Технология и оборудование для брикетирования металлической стружки электрофизическим методом. 6-й Международный Конгресс по управлению отходами ВейстТэк-2006. -Москва. -2006. -С. 201 - 202.

32) Абрамова К.Б., Самуйлов С.Д. Технология и оборудование для брикетирования металлической стружки и измельчённого металлолома. Конференция «Новые тенденции и проблемы экологии и рационального использования вторичных ресурсов. Основные направления развития и технического перевооружения предприятий вторичной металлургии», в

рамках международного форума «Металл-Экспо 2005». -Москва. -2005. -С. 16-17.

33) Абрамова К.Б., Самуйлов С.Д. Технология брикетирования металлической стружки и измельчённого металлолома. Выставка «Предприниматели России выбирают будущее». -Москва. -2006.

34) Караваев А.И. Электрофизический метод брикетирования металлической стружки. // Экология промышленного производства. -2006. -№3. -С.28-39.

35) Белявин К.Е., Галкин А.Е., Прежина Т.Е., Минько Д.В., Максименко JI.JI. Контактообразование при электроимпульсном спекании полидисперсных титановых гранул. // Цветные металлы. -1991. -№10. -С.55-60.

36) Витязь П.А., Капцевич В.М., Косторнов А.Г., Шелег В.К., Георгиев В.П. Формирование структуры и свойств пористых порошковых материалов. -М.: Металлургия. - 1993. - 240 с.

37) Виноградов А.П., Гольденштейн A.B., Пахомов А.Б., Сарычев А.К. Электроимпульсное спекание металлических прессовок. Препр. 1378.

- J1. : ФТИ. - 1989. - 24 с.

38) Nairne Е., Pyil. Trans. Roy. Sos. - London. -1994. - p. 79 - 89.

39) Электрический взрыв проводников. Сборник статей, пер. с английского под ред. A.A. Рухадзе и И.С. Шпигеля. -М. : МИР. -1965. -360 с.

40) Регель В.Р., Слуцкер А.И., Томашевский Э.Е. Кинетическая природа прочности твердых тел. - М. : Наука. -1974.

41) Головин Ю.И. Управление разрушением проводников электрическим током / Ю.И. Головин, В.М. Иванов // Влияние электромагнитных полей на прочность материалов. -М.; Рига,-1990. - 192 с.

42) Кочергин К.А. Контактная сварка - JI. : Машиностроение. -1987.

- 240 с.

43) Кочергин К.А. Сварка давлением: Учебник для втузов. - JI. : Машиностроение. -1972 . - 215 с.

44) Электротермическое оборудование: Справочник / Альтгаузен

A.П., Некрасова Н.М., Гутман М.Б. и др. ; Под общ. ред. А. П. Альтгаузена . -2-е изд., перераб. и доп . -М. : Энергия. -1980. - 416 с.

45) Ненешев А.П., Шнеерсон Г.А., Кривошеев С.И. // Записки Горного института. -2005. т. 166. -С. 223 - 225.

46) Бурцев В.А., Калинин Н.В., Лучинский A.B. Электрический взрыв проводников и его применение в электрофизических установках. -М. : Энергоиздат. -1990. -289 с.

47) Райченко А.И., Кольчинский М.З., Левина Д.А. Исследование электроразрядного спекания окисленных металлических порошков. Порошковая металлургия. -1976. -№ 10. -С. 19 - 26.

48) Хольм Р. Электрические контакты. -М. : Мир. -1961.-464 с.

49) Шаповалов В.И., Биктагиров Ф.К., Бурнашев В.Р., Степаненко

B.В., Колесниченко В.И., Рейда Н.В. Электротермическое компактирование металлических материалов: возможности и перспективы. // Заготовительные производства в машиностроении. -2011. -№5. -С.5-10.

50) Абрамова К.Б., Златин H.A., Перегуд Б.П. Магнитогидродинамическая неустойчивость жидких и твёрдых проводников. Разрушение проводников электрическим током. // ЖТФ. -1975. -С. 2007-2022.

51) Троицкий O.A., Розно Л.Т. // ФТТ. -1970. -№ 1. - 146 с.

52) Спицын В.И., Троицкий O.A. Электропластическая деформация металлов. -М. : Природа. -1977.

53) Раковский B.C., Саклинский В.В. Порошковая металлургия в машиностроении. - М. : Машиностроение. -1973. -126 с.

54) Кнопфель Г. Сверхсильные импульсные магнитные поля. -М. : Мир.-1972.-391 с.

55) Утилизация твёрдых отходов / Под ред. Д. Вилсона; сокр. пер. с англ. -М.: Стройиздат. -1985. -336 с.

56) Пальгунов П.П., Сумароков М.В. // Утилизация промышленных отходов. - М. : Стройиздат, -1990. - 352с.

57) Шмитц К. // Цветные металлы. -2006. -№ 9. -С. 109 - 113.

58) Иванов Д.О., Аксёнов A.A., Рупасов С.П. // Цветные металлы. -2007.-№ 12.-С. 74-81.

59) Рябичева С.А., Циркин А.Т., Белошицкий Н.В. // Порошковая металлургия. -2007. -№ 5/6. -С.111 - 117.

60) Рябичева JI. А., Никитин Ю. Н., Цыркин А. Т, Марков В. Л. // Металлообработка. - 2004. -№ 3(21).

61) Черная металлургия. Подготовка лома черных металлов : обзорная информация. -1968. -№ 9. -С. 3 - 14.

62) Скворцов Ю.И., Морозов Е.И., Усов В.Н. Брикетирование стружки титановых сплавов. // Технология легких сплавов. —1971. -№ 5. -112 с.

63) Григорьев А.К., Грохольский Б.П. // Порошковая металлургия и применение композиционных материалов. -Л.: Лениздат. -1982. -143 с.

64) Экономика и технология переработки металлолома. Тематический сборник научных трудов. -М. : Металлургия. -1989. -81 с.

65) Тараненко Г.И., Гусенков А.П., Моисеенко М.М. Сташенко В.И., Рузанов Ф.И. Способ брикетирования металлической стружки. A.C. № 1748942 AI Б.И. -1992.

66) Омельченко В.Т. Теория процессов на контактах. - Харьков : Вища школа. -1979. -126 с.

67) Максвелл Д. Избранные сочинения по теории электромагнитного поля. -1952. -364 с.

68) Рыморов Е.В., Коган В.Е., Радомысельский И.Д. Электроимпульсное спекание под давлением сложнолегированных

износостойких материалов. // Порошковая металлургия. -1974. -№ 7. -С. 84 - 87.

69) Гегузин Я.Е. // Физика спекания. -М. : Наука. -1984. -311с.

70) Самуйлов С.Д., Троицкий O.A. Электроимпульсное брикетирование некомпактных тонколистовых материалов и стружки. Создание экспериментальной установки. II международный российско-китайский семинар «Влияние электромагнитных полей на структуру и характеристики материалов. - Москва. -2009. -С. 115 - 132.

71) Баланкин С.А., Башлыков С.С., Горбачев Л.П., Григорьев Е.Г., Скоров Д.М., Ярцев B.JI. Тепловые процессы при электроимпульсном прессовании порошков. // Физика спекания. -1984. -№ 2. -С. 124 - 129.

72) Дульнев Г.Н., Новиков В.В. Методы аналитического определения эффективных коэффициентов проводимости гетерогенных систем. // ИФЖ. -1981. -№ 1.-С. 172-184.

73) Антонов A.C., Батенин В.М., Виноградов А.П. Электрофизические свойства перколяционных систем. -М. : ИВТАН. -1990.-120 с.

74) Крестьянинов Д. А. Диссертация на соискание учёной степени Магистра «Модельная установка для исследования электроимпульсного метода брикетирования легковесных металлоотходов». -Санкт-Петербург. -2008.-167 с.

75) Калантаров П. Л., Цейтлин JI. А. Расчет индуктивностей: Справочная книга. - 3-е изд., перераб. и доп. -Л. : Энергоатомиздат. -1986. -488 с.

76) Пульцин Н.М. Взаимодействие титана с газами. -С.40-45.

77) Витязъ П.А., Капцевич В.М., Белявин К.Е., Шелег В.К., Минько Д.В. Состояние и перспективы развития технологии спекания порошковых материалов электрическим током. -Минск. -1987. -33 с.

78) Фетисов Г.П., Кариман М.Г. и др. // Материаловедение и технология металлов. -М.: Высшая школа. -2000. -638 с.

79) Добаткин В.И., Елагин В.И. // Гранулируемые алюминиевые сплавы. -М. : Металлургия. -1981. -175 с.

80) Абрамова К.Б., Русаков А.И., Семенов A.A., Щербаков И.П.// ФТТ. -1998. №6. -С. 957 - 965.

81) Крестьянинов Д. А., Пузаков И.Ю., Корнилова М.А., Самуйлов С.Д. Газонасыщение точек сварки при брикетировании титановых сплавов электроимпульсным методом. // Технология лёгких сплавов. -2011. -№ 1. -С. 98 - 107.

82) Баранцев A.C., Жильцов A.B., Ефимов A.B., Филин Ю.А. // Патент РФ № 2081727 от 5.12.94. № 17.

83) Крестьянинов Д.А., Бочаров Ю.Н., Самуйлов С.Д., Филин Ю.А. О возможности использования электрофизической технологии брикетирования металлической стружки для изготовления лигатур. // Научно-технические ведомости СПбГПУ. -2008. -№ б (70). -С. 125 - 130.

84) Колбасников Н.Г., Кондратьев С.Ю. Структура, энтропия, фазовые превращения и свойства металлов. -СПб. : Наука. -2006. -363 с.

85) Маркс К., Рёдл С., Лахмунд X., Ксие Й. Перспективные стратегии легирования стали в ковше. // Чёрные металлы. —2007. -№ 4.

86) Мизин В.Г., Чирков В.А., Игнатьев B.C. и др. Ферросплавы Справочник. -Москва : Металлургия. -1992. -415 с.

87) Фетисов Г.П., Карпман М.Г., и др. // Материаловедение и технология металлов. -М.: Высшая школа. -2000. -638 с.

88) Куимов С. Д. // Цветные металлы. -2007. -№ 4. -С. 96 - 100.

89) Нарва В. К., Шугаев В. А., Вин Т., Монина Л. В. // Цветные металлы. -2007. -№ 4. -С. 101 - 104.

90) Алюминиевые пены - конструкционный материал с высоким потенциалом. Фирма IFAM Бремен // I симпозиум по металлическим пенам. -ФРГ, Бремен. -1997. -№ 5. -Р. 336 - 339.

91) Нарва В. К., Шугаев В. А., Вин Т., Монина Л. В. Технология получения порошковых пористых материалов на основе алюминия спеканием на воздухе в присутствии флюса и присадок. // Цветные металлы. -2007. -№ 4. -С. 101 - 104.

92) Абрамова К.Б., Пахомов А.Б. Магнитогидродинамические явления при импульсных электрических воздействиях на металл и их использование в технологических процессах. Всесоюзная школа "Электрофизические методы и технологии воздействия на структуру и свойства металлических материалов". -Л. : Судостроение. -1990. -С. 16-17.

93) Крестьянинов Д. А., Самуйлов С. Д. Электроимпульсная технология брикетирования легковесных металлоотходов. Шестая Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «ЭКОЛОГИЯ И НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОГРЕСС» Пермский Государственный технический университет. - Пермь. -2008. -С. 244 - 247.

94) Самуйлов С. Д. Электрический ток большой плотности -технологический инструмент для получения металлических гранул с нанодисперсной структурой и компактирования дисперсных металлических сред «Применение дисперсных и ультра-(нано-) дисперсных порошковых систем в промышленных технологиях» материалы научно - технической конференции. -СПб. : Издательство Политехнического университета. - 2008. -С. 127 - 154.

95) Крестьянинов Д.А., Бочаров Ю.Н., Самуйлов С.Д., Игнатов В.И., Краснов A.A. Новые результаты и новые возможности использования электроимпульсной технологии для переработки легковесных металлоотходов. Международный форум «14 специализированная

выставка Металлэкспо 2008» VI ежегодная конференция «Новые тенденции рационального использования вторичных ресурсов и проблемы экологии» 13 ноября 2008 Металлэкспо. -Москва. -2008. -С. 171 - 179.

96) Крестьянинов Д.А., Бочаров Ю.Н., Самуйлов С.Д., Игнатов В.И. Краснов A.A. и др. Пористые металлические материалы, получаемые с использованием электроимпульсной технологии. Неделя металлов в Москве. -Москва. -2009. -С. 164 - 169.

97) Крестьянинов Д.А., Бочаров Ю.Н., Самуйлов С.Д. Электроимпульсная технология брикетирования металлической стружки и легковесных металлоотходов. Симпозиум Молодые учёные промышленности северо-западного региона. Материалы конференций симпозиума. -Санкт-Петербург. : издательство СПбГПУ. -2007. -С. 80- 81.

98) Крестьянинов Д.А., Бочаров Ю.Н., Самуйлов С.Д. Электроимпульсная технология брикетирования легковесных металлоотходов. 13 международная специализированная выставка Металл-Экспо 2007, конференция Новые тенденции рационального использования вторичных ресурсов и проблемы экологии. -2007. -С. 11-12.

99) Самуйлов С.Д. Эффективная промышленная технология получения металлических порошков из стружки и легковесного лома. // Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН «Новые тенденции рационального использования вторичных ресурсов и проблемы экологии (в металлургии)» 13 ноября 2008, Металлэкспо. - Москва. -2008.

100) Крестьянинов Д.А., Самуйлов С. Д., Бочаров Ю.Н. «Электрофизическое компактирование дисперсных металлических сред» Конференция (школа-семинар) по физике и астрономии для молодых учёных Санкт-Петербурга и Северо-Запада «Физика СПб» 29-30 октября 2009. - Санкт-Петербург. -С. 96-97.

101) Крестьянинов Д.А., Самуйлов С.Д., Щербаков И.П. Патент на Полезную модель № 107723 «Устройство для брикетирования металлической стружки», дата приоритета 07.02.11., БИ № 24 27.08.2011 г.

102) Крестьянинов Д.А., Самуйлов С.Д., Щербаков И.П. Отчёт по теме 012-011-713-70. Разработка опытной электроимпульсной установки брикетирования металлической стружки. Регистрационный номер 02201160622, дата регистрации 08.09.2011. -58 с.