Исследование и внедрение импульсного (взрывного) метода брикетирования металлической стружки тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, Смоловик, В. В.

• Смоловик, В. В.
• 1966

Оглавление диссертации Смоловик, В. В.

Введение

ГЛАВА I. К постановке вопроса

§1 Необходимость и народнохозяйственное значение переработки металлической стружки

§2 Существующие требования к качеству окускованной металлической стружки

§3. Методы и установки,применяемые для окускования металлической стружки

§4- Анализ работ »посвященных исследованию процессов окускования стружки

§5. Метод импульсного брикетирования.

Цель и задачи его исследования.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и внедрение импульсного (взрывного) метода брикетирования металлической стружки»

В нашей стране ежегодно образуется более 5>5 миллионов тонн металлической стружки. Несмотря на широкое применение новых прогрессивных методов производства летал ей, позволяющих довести коэффициент использования металла в машиностроении до О,7,в ближайшие годы ожидается дальнейшее увеличение образующеся стружки,которое к 1980 году достигнет 15 миллионов тонн в год.

Высококачественный металл,дорогостоющие присадки легирующих элементов,составляющие стружку, делают ее весьма ценным вторичным сырьем.Однако,как это видно из материалов Всесоюзного Совещания металлургов/г.Липецк, 1964 г./,лишь 50% стружки возвращаются в общий баланс металла,остальные 50% -безвозвратно теряются.

ЦК КПОС,Советы Министров СССР и Украины,центральная печать неоднократно указывали на необходимость снижения потерь«связанных с образованием и использованием стружки.В соответствии с этим,на многих заводах страны, в научно-шсследовательских учреждениях,проектных и учебных института^ проводятся работы по созданию методов и оборудования в области механизации сбора и переработки стружки.Среди них - Московский Автозавод им.Лихачева /ЗИЛ/,Горьковский Автозавод /ГАЗ/,Харьковский»Днепропетровский и Киевский заводы "Вторчермет"»Одесский и Азовский заводы прессов,Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт вторичных металлов /ВНШПВтормет/,научно-исследовательский институт авиационной технологии /НИАТ/,проектные институты:ГИПРООТАЛЬ, ОРГСТАН1СШГ1РОМ.ВНИШТММ,а также Днепропетровский металлургический институт /ДШ2ТИ/,Новочеркасский политехнический институт /НПИ/ .Специальное конструкторское бюро Госплана УССР /СКБО/ и другие.

К настоящему времени разработаны типовые конструкции устройств для транспортировки стружки от станка к месту переработки сконструированы установки для очистки стружки от масла,устройства для дробления»разработано ряд методов окускования стружки и созданы различные типы прессов для пакетирования и брикетирования.

Однако,разработанные методы и оборудование не полностью удовлетворяют предъявляемым к ним требованиям* Вследствие этого,почти 40% стружки потребляется в доменном производстве,где треть ее выгорает при переплавке,и лишь 10% стружки используется рационально,¿виде пакетов и брикетов*

Наибольшее распространение в нашей промышленности получил способ пакетирования стружки с обрезью и кровельным железом в холодном состоянии на гидропрессах. Однако.получаемые этим способом пакеты весьма непрочны и имеют незначительную плотность.

Более качественные пакеты получаются путем пакетирования стружки и обрези в нагретом состоянии по методу .предложенному сотрудниками ДМЗТИ С.Ф.Чукмасовым, А.И.Зазимко,Н.С.Щиренко и другими в содружестве с Днепропетровским заводом "Вторчермет".Дополнительное развитие этот метод получил в конструкции комбинированной установки ГИПРООТАЛИ и Харьковского завода "Вторчермет", разработанной под руководством инженеров Л.В.Смирнова и В.П.Кудрявцева.Изготовляемые по этому методу пакеты имеют плотность от 2,5 ДО 3,5 г/смЗ и достаточно высокую прочность.Но и этот метод имеет ряд недостатков:неизбеж-ное проссыпание мелкой стружки,потери с угаром и т.д.

Заметное увеличение плотности стружки достигается с помощью ее брикетирования в холодном и нагретом состоянии.

Брикетирование стружки в холодном состоянии чаще всего осуществляется на гидропрессах конструкции Одесского завода прессов,а также на прессах собственного изготовления,заводов ЗИЛ и ГАЗ.Брикеты из холодной чугунной и стальной стружки имеют плотность 4,5-5 г/см3, однако прочность их,особенно из стальной стружки,очень низка.Часто наблюдается разрушение брикетов из стальной стружки при транспортировке и,даже.хранении под действием внутренних упругих сил. $

Брикетирование стружки в горячем состоянии осуществляется по методу»предложенному сотрудником ВНИИПВтормет Г .НЛЦепенко,использующего модернизированный пресс Одесского завода,а также по методу динамического брикетирования стружки под молотом,разработанному сотрудниками НПИ Ю.Г.Дорофеевым и Н.И.Гончаровым.

Брикеты,полученные из нагретой стружки»отличаются еще более высокой плотностью и несравненно большей прочностью,чем брикеты из холодной стружки.

Однако,перечисленные методы и установки для брикетирования также не лишены недостатков¡потери металла стружки с угаром,ухудшение качества брикетов за счет повышенного содержания окалины,неудобство эксплуатации,ряд конструктивных недоработок и т.д.

Из приведенных выше сведений видно,что задача создания методов и оборудования для переработки стружки еще далека до полного завершения,и поэтому работы,свя-занные с предложением и исследованием новых методов, технологических процессов и машин для высокоэффективной переработки стружки следует считать актуальными,имеющими большое народнохозяйственное значение.

В Харьковском Авиационном институте»группой сотрудников под руководством докторов технических наук Ю.Н.Алексеева,В.Г.Кононенко и Р.В.Пихтовникова,в течение ряда лет проводилось теоретическое и экспериментальное изучение поведения металла при скоростном кратковременном нагруже-нии,возникающем в результате выделения весьма значительной энергии при взрыве бризантных взрывчатых веществ,по-рохож и других источников импульсной энергии.На основании этих работ были созданы и внедрены в промышленность целый ряд технологических процессов и оборудования,основанных на принципе использования импульсных источников энергии. Среди них:взрывная резка металла,взрывная листовая штамповка, взрывная пробивка отверстий и т.д.

В 1960 году профессором Кононенко В.Г. был предложен метод импульсного /взрывного/брикетирования стружКи,

Основу метода составляет использование импульсной энергии для высокоскоростного кратковременного сжатия стружки в закрытой полости ударом твердого тела /пуансоном/»

В качестве источников энергии для этой цели использовались пороха и смеси горючих газов с воздухом.

Импульсным методом были получены брикеты с высокими показателями плотности,прочности и чистоты,из стружки не только наиболее распространенных металлов и сплавов, но и таких,как,например,титан,который ранее не брикетировался ни одним из существовавших методов.

Наиболее ценным качеством предложенного метода является возможность получения брикетов из холодной стружки самых распространенных в промышленности поделочных и конструкционных углеродистых сталей.

Сотрудниками ХАИ,под руководством профессора В.Г. Кононенко,создана опытно-промышленная импульсная машина для брикетирования стружки углеродистых сталей в холодном и нагретом состоянии,которая внедряется на Харьковском заводе "Вторчермет" в содружестве с работниками завода.

В качестве энергоносителя в этой машине используется горючая смесь природного газа с воздухом.

Вес получаемых брикетов от 3 до 12 кг,при плотности от 4,5 до 5»5 г/см3.Проектная производительность машины составляет 1-1,2 т/час.

Приоритет ХАИ в создании машины закреплен авторским свидетельством Госкомитета по делам отбытий и изобретений СССР №155097.

Работы института по созданию,исследованию и внедрению метода и машин для импульсного брикетирования стружки получили положительную оценку ряда ведущих организаций страны :НЙАТ,ВНШПВтормет,ГИПРОСТАЛЬ,СКБО Госплана УССР и других.Получено свыше 200 заявок на рабочие чертежи машины и технологию импульсного изготовления брикетов от таких крупнейших заводов,как УРАЛМАШ,Невский Машиностроительный завод,Ленинградский металлический завод волгоградский и Минский тракторные заводы,Харьковский завод Транспортного машиностроения им.Малышева,Народное предприятиеJ\JЕ"Мfíof["Hof&ZPjWPIК?/ГДР/ и другие.

В настоящее время ведутся переговоры о продаже лицензий на изготовление импульсных машин для брикетирования стружки с промышленными кругами ФРГ.

Импульсное брикетирование в 1963,1964 и 1966 годах демонстрировалось на ВДНХ СССР,на Выставке передового опыта Украины,а также на Выставке для делегатов ХХ1Я Съезда КП Украины.

За создание импульсного метода и машин для брикетирования стружки Комитет ВДНХ СССР в 1963 году наградил сотрудников ХАМ:В.Г.K0H0HSHK0,В.В.СМ0Л0ВИКА,В.П.БОЖКО, И.П.КОМНАТНОГО,С.В.ЯЦВНКО,а также директора Харьковского завода "Вторчермет" А.Г.ПАХОМОВА Дипломом 1-ой степени и медалями.

Настоящая работа выполнена автором с целью дальнейшего совершенствования и развития метода,создания технологии и оборудования для импульсного брикетирования

Работа состоит из пяти глав.В первой главе проанализировано народнохозяйственное значение переработки стружки;изучены требования к качеству окускования; выявлены достоинства и недостатки существующих методов окускования и связанных с ними научно-исследовательских работ;описана принципиальная схема метода импульсного брикетирования стружки и поставлены задачи его исследования.

Вторая глава посвящена исследованиям свойств стружки и ее состояния как предмета переработки.

В третьей главе приведены вопросы теоретического и экспериментального исследования процесса динамического сжатия стружки и образования брикетов.

Четвертая глава содержит технологию импульсного брикетирования,а также описание конструкции импульсных машин и исходные данные для их проектирования.

В У главе помещены результаты опытного внедрения метода импульсного брикетирования стружки на Харьковском заводе "Вторчермет",анализ исследований качества изготовляемых брикетов и расчет экономической эффективности применения метода.

Заключение диссертации по теме «Другие cпециальности», Смоловик, В. В.

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ:

1. В стране ежегодно образуется более 5,5 миллионов тонн металлической стружки.Из-за несовершенства методов и средств ее переработки ежегодно теряется около I миллиарда рублей.Поэтому разработка и исследование методов и оборудования для окускования стружки представляет собой актуальную задачу,имеющую большое народнохозяйственное значение.

2.ХАИ предложен новый прогрессивный метод переработки стружки с использованием импульсной энергии,в связи с чем,автором выполнена комплексная работа по исследованию и совершенствованию предложенного метода,включающая теоретическое и экспериментальное исследование процесса брикетирования стружки,создание технологии и оборудования для осуществления метода и их промышленное апробирование.

3.Исследованиями процесса импульсного брикетирования стружки установлено следующее: а/разработку технологии брикетирования и определение энергосиловых параметров процесса необходимо проводить учитывая механические свойства стружки,в большинстве случае отличающиеся от свойств исходного материала стружки из-за особенностей стружкообразования и термо-обработки; б/стружка является сыпучей средой с выдержанными свойствами;между давлением в ней и плотностью существует функциональная зависимость»изменение которой в процессе динамического сжатия стружки происходит монотонно, поэтому применимы общие уравнения динамики сыпучей среды, позволившие получить уравнения для оцределения давления и работы динамического брикетирования с учетом скорости процесса,свойств и размеров элементов стружки, качества и размеров поверхности инструмента; в/давление и работа импульсного/динамического/брикетирования в диапазоне скоростей 10-80 м/сек в 1,05-1,3 раза выше,нежели давление и работа статического брикетирования ; г/факторами,увеличивающие потребную работу и давление брикетирования:повышение твердости элементов стружки, изменение их размеров от оптимального значения/^=20-80/, загрязнение стружки органическими и неорганическими примесями/маслами,охлаждающими жидкостями »окалиной,песком и т.д./. д/прочность брикетов»полученных динамическим путем,выше прочности брикетов после статического прессования, что объясняется высокой скоростью деформирования элементов стружки и возникновением схватывания металла; е/уменьшение усилий и работы брикетирования»повышение прочности брикетов и очистка их от органических примесей возможны благодаря нагреву стружки и брикетировании ее в горячем состоянии,а также при брикетировании холодной стружки после низкотемпературного отжига? брикетирование стружки в холодном состоянии возможно при твердости ее элементов не выше 350 НВ; 4.На основании выполненных исследований разработано четыре варианта технологии импульсного брикетирования стружки углеродистых сталей,составляющей более 70% стружки,образующейся в стране,а также сконструирована и изготовлена импульсная машина,отличающаяся высокой энергией удара,при малом весе,и не требувцвя фундамента. 5 .Проведенное ХАИ совместное с Харьковским заводом "Вторчермет" и Харьковским Тракторным заводом опытное внедрение технологии и машины для импульсного брикетирования стружки,а также исследование качества брикетов, показали принципиальную правильность разработанной технологии и машины и высокое качество полученных брикетов. Выполненный расчет подтвердил большую экономическую эффективность применения импульсного метода и машин на предприятиях машиностроения и металлургии,в связи с чем^выполненные исследования и рззультаты внедрения могут служить основанием для рекомендации применения импульсного брикетирования стружки в Народном хозяйвтве нашей страны.

Результаты отдельных этапов работы и работа в целом докладовались автором на ХХ1,ХХП и ХХШ научно-технических конференциях ХАИ; на заседании Научно-технического Совета ВНИИПВтормет /1964 г./; на семинаре по уборке и переработке стружки в Харьковском Доме техники /1965 г«/» на Республиканском семинаре по обработке металлов взрывом /Г.Киев,1964 г./; а также опубликованы в печати:

1.Кононенко В.Г. и Смоловик В.В.Новый метод брикетирования металлической стружки. Журнал "Кузнечно-штампо-вочное производство" N29» 1964 г.;

2.Смоловик В.В. Брикетирование стружки с использованием энергии взрыва. Сб.статей "Обработка металла энергией взрыва",ИТЙ,Киев,1965 г.

3.Кононенко В.Г.Смоловик В.В. и другие.

Машина для брикетирования стружки. Описание к авторскому свидетельству Ю155097 • СмолоЬий

4.Вариант теоретического описания процесса динамического брикетирования стружки.Тезисы докладов на

ХХШ научной конференции ХАИ,1965 г. 5,.Кононенко В.Г.,Кудрявцев В.П. ,Пахомов.А.Г. »Смоловик В.В. Новый метод брикетирования стружки. Журнал "Металлургическая и горнорудная промышленность" ,823,Киев,1964 г. I I I

Заключение.

1.Метод импульсного брикетирования »разработанные технология и машина для брикетирования стружки могут быть использованы для промышленной переработки стружки.

2.На примере опытных плавок,проведенных в промышленных электропечах ХТЗ,доказана возможность проведения импульсного брикетирования стружки не только в условиях заводов "Вторчермет",но и в условиях машиностроительных заводов.

3.В результате использования импульсного брикетирования на Харьковском заводе "Вторчермет" подтверждено, что импульсное брикетирование стружки дает большой экономический эффект.

Список литературы диссертационного исследования Смоловик, В. В., 1966 год

1. Материалы и решения научно-технического совещания по развитию ломоперерабатывающей промышленности.

2. Изд.УКРГЛАВВТОРМВТ,г.Днепропетровск,1962 г.

3. Материалы и рекомендации Всесоюзного научно-технического совещания по вторичным металлам.г.Липецк,1964 г.

4. Изд.ЦНИИЧЙРМЗТ,г.Москва,1964 г.

5. Металлы черные вторичные /шихтовые/.ГОСТ 2787-63.

6. Тихомиров В.А. Основы проектирования самолетостроительных заводов и цехов.Машиностроение,1965 г.

7. Переоаботка и использование металлической стружки. Сб.ВИТИ,МИНТРАНСМАШ ,1955 г.

8. Горячее окускование металлической стружки. Материалы временной комиссии ГНТК УССР,г.Киев,1959 г.

9. Материала Экономической газеты 1965-66 гг.

10. Материалы экономической конференции предприятий Харьковского Совнархоза.Обл,газета"Красное знамя"от 12.IX.1964.

11. Рациональное использование стружки и других отходов черных и цветных металлов.Сб.статей.МАШГИЗ,19§6 г.

12. С,Ф.Чукмасов и А.И.Зазимко."Определение требуемого давления прессования пакетпрессов".Ж-л "Кузнечно-штамповочное производство",N210,1964 г.

13. В.А„Джонс.Основы порошковой металлургии.МИР,1965 г.

14. Давиденков Н.И.Динамические испытания металлов.1. ОНТИ , 1936 г.

15. В.А.Логунов,В.А.Степанов.Измерение динамической сжимаемости песка привысоких давлениях. ПММ №3,1962 г.

16. Цитович И.А.Механика грунтов.Стройиздат,1940 г.

17. Г.А.Гениев.Вопросы динамики сыпучей среды.ЦНИИСК,1958.

18. В.В.Соколовский.Статика сыпучей среды.Гостехиздат1954.

19. С.А.Роза.Механика грунтов.Высшая школа,1962 г.

20. Р.Л.Зенков, Механика насыпных грузов.Машиностроение, 1964 г.

21. К.Ланцош.Практические методы прикладного анализа.1. ГИФМЛ,1961 г.

22. П.В.Мелентьев.Приближенные вычисления.ГИФМЛ,1962 г.

23. В.Г.Кононенко.Исследование и внедрение импульсного деформирования металла в металлургии и машиностроении.

24. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук.Москва,ЦНШЧЗРМЕТ, 1964 г.27 .М.Ю.Бальшин.Порошковое металловедение .ШТАЛЛУРГИЗДАТ.1948 г.

25. Т.Н.Лоладзе.Отружкообразование при резании металлов.1. МАШГИЗ,Москва,1952 г.

26. Р.В.Пихтовников.Перонективы обработки металлов взрывом. Сб. "Новое в технологии штамповочного производства",ИТИ,г.Киев,1964 г.

27. Осипов А.С.Исследование амортизаторов удара с применением гранулированных материалов.Известия ВУЗ, СериямМашиностроение",14,1964 г.

28. Н.Ф.Кунин и Б.Д.Юрченко.0 рациональном прессовании металлических порошков.Ж-л"Порошк.металлургия" №2,1964 г.

29. В.Д.Кузнецов. Физика твердого тела,т.т.П,Ш и1У,

30. Изд.Красное знамя,г.Томск.

31. Губкин С.И.Теория обработки металлов давлением.1. Металлургиздат,1947 г.

32. Костецкий Б.И.Явления схватывания при трении металлов, ДАН УССР №1,1952 г.

33. Раковский В.С.,Саклинский В.В.Металлокерамика в машиностроении. МАШГИЗ,1956 г.

34. Данков П.Д.,Игнатов Д.В.,Шишков Н .А. ,Электроногра-фические исследования окисной и гидроокисной пленки на металлах. АН СССР,1953 г.37«Давиденков Н.Н .Некоторые проблемы механики матеоиалов,МАШГИЗ,1943 г.

35. Ю.Г.Дорофеев,И.Н.Гончаров.Процесс уплотнения металлической стружки при ее брикетировании.НПИ,1960 г.

36. Найгуз Н.И.,Басин М.Н.Прессы для холодного брикетирования металлической стружки.МАШГИЗ,1963 г.

37. Вольф А.М.Резание металлов.МАШГИЗ,1963 г.

38. Морозов Б.Н.Современные средства транспортировкии переработки металлической стружки.МАШГИЗ,1961 г.

39. Втюрин И.Н.Малогабаритная установка для брикетирования стружки."За технический прогресс",Горький1961 г.

40. Кононенко В.Г.,Смоловик В.В.Божко В.П.,Стельмах В.А. Взрывное брикетирование стружки .Машиностр .N5 ,Киев,1962 г.

41. Смоловик В.В.,Божко В.П.Использование энергии взрыва для брикетирования металлической стружки.

42. Сб."Обработка металлов энергией взрыва".ИТИ,Киев.

43. Тарновский И.Я.Меандров Л.В.и др.Механические свойства стали при горячей обработке давлением.

44. ГНТИ по металлургии,Свердловск,1960 г.

45. Семенов А.П.Схватывание металлов.МАШГИЗ,1958 г.

46. Боуден Ф.,Тейбор Д. Температура поверхности твердых тел,ИЛ,1953 г.

47. Ребиндер П.А.Физико-химические исследования процессов деформации твердых тел.Сб.АН СССР,1947 г.

48. Кононанко В.Г.,Федоренко Л.И.Федренко Н.П. Взрывная похзошковая металлургия.Сб."Новое в технологии штамповочного производства".Киев,1961 г.

49. Кононенко В.Г.,Смоловик В.В.Новый метод бойкотирования металлической стружки.КШГ1 №9,1964 г.

50. Кононенко В.Г.,0моловик В.В.,Божко В.П.,Стельмах В.А., Гегальчий В.П. Машина для брикетирования стружки. Описание к авторскому свидельству №155097«54.3усман Л.Л.Проблема оборотного металла.Металлургия,1964»

51. Жердицкий Н.Т.Исследование особенностей динамического горячего прессования металлических порошков и стружки.

52. АвФореферат диссертации.КПИ,Киев,1966 г.л »1 I Тй и л* 0 . . /.- /53.1964,19, №9.59