ВСТУП
В даний час актуальною є проблема безвідходного виробництва. У зв'язку з цим постала задача вирішення проблеми з відходами після механічної обробки магнію. Магній застосовується в різних галузях, таких як: автомобілебудування, авіабудування, позапічна обробка чавуну, легування сталі і т.д. У зв'язку з тим, що магній є дуже гарним десульфурантом чавуну обсяги його споживання в металургії постійно зростають, а як відомо попит - породжує ціну, внаслідок цього ціна на нього постійно тягнеться вгору.
Раніше були запропоновані Способи переробки стружок и порошків магнієвих сплавів методами пресування и екструзії. Методом холодного и гарячого одноосного пресування булі Отримані брикети, які потім піддавалі Прямий екструзії при різних температурах. Показано, Що при дотриманні раціональних температурно-швідкісніх режимів деформації можливості Отримання зразків з механічними властивостями на рівні Первин матеріалів відповідного сплаву. Однак дана методика має істотній недолік. Необхідність застосування Операції брикетування перед процесом екструзії істотно ускладнює технологію виготовлення виробів і підвищує кінцеву вартість їх виробництва.
У даній роботі розглянуто спосіб отримання магнієвих заготовок з відходів, які утворюються після механічної обробки готових виробів (магнієва стружка). Ці відходи дуже сильно окислюються на повітрі і стають сильно вогне- та вибухонебезпечними, також вони забруднюють і заполоняють робоче простору на заводах, яке можна було б використовувати більш раціонально. Внаслідок цього була поставлена мета дослідити процес комбінованої деформації і розробити раціональні режими для отримання якісних заготовок з магнію марки AZ91.
Аналітичний огляд
Використання магнію в сучасному світі.
Магній та його сплави в даний час набувають все більшої популярності для використання в машинобудівній і металургійній промисловості. Застосування магнію в металургії зумовлено його здатністю зв'язування і виведення шкідливих домішок, таких як сірка і кисень, із сталі і чавуну в процесі плавки. Так само магній широко використовується в металургії для легування сталі.
Особливе місце магній займає в автомобілебудуванні. Сплави цього металу з іншими металами є відмінним конструкційним матеріалом, стійким до механічних пошкоджень і агресивного впливу навколишнього середовища. Легкість і міцність це два основні критерії, за якими підбираються матеріали для сучасних автомобілів. Магнієві сплави є тут пріоритетними.
Виробництво первинного магнію процес досить трудомісткий і енергетично затратний, тому ціни на цей матеріал постійно зростають. У теж час на металургійних і машинобудівних заводах скупчується величезна кількість магнієвих відходів у вигляді порошків і стружок, які займають виробничі площі та забруднюють навколишнє середовище внаслідок інтенсивного окислення.
Авторами робіт [1 - 3] були запропоновані способи переробки стружок і порошків магнієвих сплавів методами пресування і екструзії. Методом холодного і гарячого одноосного пресування були отримані брикети, які потім піддавали прямий екструзії при різних температурах. Показано, що при дотриманні раціональних температурно-швидкісних режимів деформації можливе отримання зразків з механічними властивостями на рівні первинних матеріалів відповідного сплаву. Однак дана методика має істотний недолік. Необхідність застосування операції брикетування перед процесом екструзії істотно ускладнює технологію виготовлення виробів і підвищує кінцеву вартість їх виробництва.
Інтерес представляють дослідження механічних властивостей магнієвого сплаву AZ 91 при підвищених температурах проведені в рамках роботи [4]. Випробування зразків показали, що найбільші пластичні властивості досягаються при температурі 300 С, при якій також різко падає міцність. Ці дані допоможуть підібрати оптимальний режим для обробки магнієвої стружки.
Відомо, що інтенсивна зсувна деформація під тиском сприяє ефективному ущільненню порошкового матеріалу [5]. Гвинтова екструзія (ГЕ) як метод інтенсивної пластичної деформації дозволяє за один прохід отримувати порошкові заготовки зі 100% щільністю і рівномірні м її розподілом по висоті [6]. Крім того, найважливішим чинником для створення виробничої технології є те, що ГЕ можна вбудовувати в технологічний ланцюжок процесів обробки тиском, не знижуючи продуктивності.
Метою даної роботи є дослідження процесу комбінованої деформації і розробка раціональних режимів для отримання якісних заготовок з магнію марки AZ 91.
Використання гранульованого магнію в металургії.
Магній є одним з найбільш ефективних десульфураторів чавуна. З найбільш малою кількістю використання його порівняно з іншими реагентами ( 0,3 – 1,0 кг/т чавуна) вдається видалити з металу до 90 % сірки та получити чавун з змістом S до 0,005% з мінімальними витратами заліза та зовсім малою кількістю створюваємого шлаку (0,5 – 1,6 кг/т чавуна). Високе хімічне сродство до сірки та добре розвинута поверхня контакта парів (при температурі вишче 1107 0 С магній знаходиться в парообразному стані) з чавуном забезпечують високу стійкість та глубину десульфурації, а низька плотність сульфідів магнію (2,82 г/см3 ) – та їх повне та достатньо швидке видалення з розплаву в шлакову фазу. Створенні MgS є дуже прочними з’єднаннями з температурою плавлення 2000 0С, вони не восстанавліваються ні кремнієм, ні окисью вуглецю та не реагують з вогнестійкою футеровкою ковша. Обробка чавуну магнієм не супроводжується токсичними виділеннями, тому не потрібно створення газоочисного обладнання. На останнє місце серед плюсів десульфурації чавуну магнієм займає інтенсивне перемішення оброблюємого металу паром магнію , котре сприяє очищенню його від неметалевих включень та усередненню температури ті хімічного составу розплаву.
Одним з найбільш ефективних методів вводу магнію в чавун, для видалення сірки є вдування газоносієм гранульованого магнію крізь погружаєму в розплав фурму. Спочатку було розроблено схему вдування дрібнодисперсного (фрезерованого) магнію крізь фурму в потоці газ-носія, але ця технологія потребує великих затрат на підготовку сировини, та дрібнодисперсний (фрезерований) магній є дуже легкозаймистою та вибухонебезпечною речовиною. Тому набагато безпечніше використання гранульованого магнію. З використанням грануляції значно зменшилася пожаро- та вибуховонебезпечність манію. Ступінь наповнення ковшів при десульфурації була доведена до номінального наливу. Удільне використання магнію задавався в залежності від начального змісту сірки в чавуні та заданій глибині десульфурації. Для зниження концентрації сірки в чавуні, наприклад, з 0,045% до 0,010% для цього використовувалося 0,7 кг/т чавуна замість 1,1 порошкового магнію, вдуваємого з наповнювачем. На видалення 1 кг сірки використовувалося 1,3-3,5 кг гранульованого магнію.
Експериментальними методами було доведено можливість вдування гранульованого магнію в чистому вигляді, без наповнювачів, що сприяло значно спростити процес обробки. Більш низька ціна гранульованого магнію по зрівнянню з його порошком сприяла зменшенню витрат на десульфурації. Це дало змогу зменшити ціну на чавун, що в наш час сприяє конкурентоспроможності на ринку.
Одним з найближчих комбінатів де використовується десульфурації чавуну гранульованим магнієм є «Азовсталь». Гранульований магній поступає в 60-т герметизованих хоперах, з яких магній самотеком поступає в лотки пнєвмокамерних насосів, звідкіля осушеним азотом перевантажується в расходні бункера. Видача магнію з бункерів в чавун виконується в потоці природного газу. Використання десульфуратора регулюється роторним читачем, а загальна його маса контролюється тензометричними вагами. Кожна з 10 секцій обладнана двома расходними бункерами, передвижною тележкою з двома штангами, на котрих кріпляться футеровані вогнеупорною вагою фурми спеціальной конструкції з випалювачем. На установці десульфурації чавуну предусмотрена одночасна обробка до п’яти 140-т чавуновозних ковшів, в кожній з котрих в період 3-5 мін вводиться 30-60 кг гранульованого магнію. При цій кількості магнію зміст сірки в чавуні зменшується з 0,3-0,4 до 0,005-0,010%. Можливо зниження концентрації сірки до 0,001-0,002%.
Починаючи з 80-х років, гранульований магній використовується на багатьох підприємствах Західної Європи та США, використовуючих десульфурацію чавуну в заливочних ковшах. Відмінним качеством закордонного магнію є склад сольового покриття, котре може бути більш чи менш гігроскопічно.
Зіставлення результатів десульфурації чавуну гранульованим та слитковим магнієм в однакових умовах показало, що використання гранульованого магнію позволяє максимально механізувати та автоматизувати технологічний процес та забезпечити получення чавуну з мінімальним змістом сірки.