автореферат диссертации по металлургии, 05.16.06, диссертация на тему:Повышение качества изделий из порошковых материалов за счет использования магнитовибрационной технологии сепарации шлифовальных шламов подшипникового производства

На правах рукописи

Плотников Дмитрий Михайлович

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОРОШКОВЫХ

МАТЕРИАЛОВ ЗА СЧЕТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МАГНИТОВИБРАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ СЕПАРАЦИИ ШЛИФОВАЛЬНЫХ ШЛАМОВ ПОДШИПНИКОВОГО ПРОИЗВОДСТВА

Специальность 05.16.06 - Порошковая металлургия

и композиционные материалы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 ^2;;

Новочеркасск 2008

003452556

Работа выполнена на кафедре «Физика» Донского государственного технического университета.

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор технических наук, профессор Юрий Михайлович Вернигоров;

доктор технических наук, профессор Бадрудин Гасанович Гасанов;

кандидат технических наук, доцент Николай Яковлевич Егоров

Таганрогский технологический институт южного федерального университета

Защита диссертации состоится 4 декабря 2008 г. в 10 часов на заседании совета Д212.304.09 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук в Южно-Российском государственном техническом университете (Новочеркасском политехническом институте) по адресу: ул. Просвещения, 132, г. Новочеркасск, Ростовская область, 346428

С диссертационной работой можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан ^^^иеЖе^ 2008

Ученый секретарь специализированного совета,

к.т.н., доцент аЪъие**^» Устименко си.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В работе приведены результаты экспериментальных и теоретических исследований магнитовибрирующего слоя (МВС) и динамики перерабозжи шлифовального шлама в зависимости от времени сепарации и параметров электромагнитного воздействия. Предложена опытно-промышленная технология сепарации шламов шлифовального производства подшипников для получения продуктов переработки высокой степени чистоты и последующего применения в сварочном и литейном производствах,

Актуальность темы. Любое производство, связанное с обработкой металлов, сталкивается с проблемой утилизации шламовых отходов. На предприятиях машиностроения и металлургии, осуществляющих обработку металлов, ежемесячно образуются тысячи тонн металлсодержащих шламов. Особенно сложен по составу шлифовальный шлам, который представляет собой смесь мелкой металлической стружки, абразива, технических масел, смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) и т.д.

В то же время объем перерабатываемых промышленных отходов, в частности по Москве, составляет не более 10-15% от образующегося количества. Таким образом, сброс в отвалы металлсодержащих шламов приводит не только к безвозвратной потере значительного количества металла, но и создают серьезную экологическую проблему для городов, имеющих крупные градообразующие промышленные предприятия.

Проблема создания экологизированного ресурсосберегающего промышленного производства с каждым-годом становится все более актуальной, что обусловлено сокращением и истощением природных запасов и увеличением их стоимости; ужесточением требований к экологической чистоте и безопасности производственных технологий.

В связи со значительным содержанием в металлсодержащих отходах машиностроительных и металлургических производств неметаллических включений и технических масел они не могут использоваться в качестве вторичного сырья без предварительной переработки. Частично решен вопрос утилизации стружки при использовании брикетирования. Однако, наличие на поверхности брикетированной стружки остатков технических масел и смазочно-охлаждающих жидкостей приводит не только к интенсивной коррозии металла, но и не

исключает опасность самовоспламенения. Что касается шлифовальных шламов и отходов металлургических производств, то технологии их переработки и обогащения к настоящему времени недостаточно развиты для успешного внедрения на производстве.

На предприятиях, имеющих большие объемы шлифовального производства, в год скапливается до 1 тыс. тонн шлама. Решение вопроса известно - необходимо разложить шлам на составляющие. Экономическая целесообразность сепарации шламов шлифовального производства очевидна: тонна ультрадисперсного металла стоит от 60 до 250 тыс. руб., тонна абразива ~ 12 - 33 тыс. руб. Таким образом, утилизация шлифовального шлама может превратиться для предприятия в доходное производство.

Высказанные соображения обуславливают актуальность темы работы, посвященной разработке технологического процесса сепарации шламов шлифовального производства и дальнейшему возврату восстанавливаемых материалов.

Работа выполнена в соответствии с планом бюджетной работы кафедры физики ДГТУ по теме: «Магнитовибрационные технологии. Получение магнитных материалов»; комплексной научной программой «Вибротехнология»; научно-технической программой «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» по разделу 05 «Функциональные порошковые материалы» (№202.05.01.026); научно-исследовательской работой по теме: «Исследование механики взаимодействия твердых тел, подвергнутых вибрационному воздействию» (ГАСНТИ: 30.03.15).

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Целью работы является разработка научных основ получения порошковых продуктов требуемого качества из шламовых отходов шлифовального производства с последующим их использованием, реализуемое магнитовибрационной технологией сепарации, а также разработка и проектирование соответствующего оборудования.

Для ее достижения необходимо решить следующие задачи:

1. Анализ принципов работы сепараторов, применяемых для переработки отходов лезвийной и шлифовальной обработки металлов.

2. Установление влияния параметров электромагнитного поля на состояние шлама в магнитовибрирующем слое (МВС), с целью

определения режимов МВС, обеспечивающих эффективное разрушение конгломератов шлама.

3. Разработка последовательности технологических операций сепарации шлифовальных шламов подшипникового производства и проектирование опытно-промышленной установки, реализующей сепарацию шлифовального шлама в МВС.

4. Разработка рекомендаций по промышленному использованию полученных результатов и последующего применения продуктов сепарации шлифовальных шламов.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

1. Впервые обоснована возможность применения МВС в качестве инструмента сепарации шлама шлифовального производства. Установлено, что при сепарации шлама в МВС с параметрами индукции постоянного поля 43 мТ и градиенте индукции переменного поля 0,648 Т/м сепарированная металлическая фракция шлама содержит менее 2% массы неметаллических включений за счет реализации процесса разрушения агломератов шлама в МВС, что значительно меньше, чем в магнитных сепараторах, эксплуатируемых к настоящему времени.

2. Теоретически обоснован и экспериментально подтвержден механизм разрушения агломератов шлама в МВС. Показано, что в отличие от сепараторов постоянного поля, в которых увеличение индукции поля приводит к повышению устойчивости агломератов, в магнитовибрационном сепараторе при градиенте индукции магнитного поля более 0,32 Т/м разрушение агломератов, состоящих из частиц размером 100 мкм и 30 мкм, происходит за счет виброреологического перехода сухого трения в вязкое, при градиенте индукции магнитного поля более 0,62 Т/м разрушение конгломератов частиц того же размера, происходит за счет действия неоднородного переменного магнитного поля.

3. Впервые предложены зависимости градиента индукции магнитного поля, при котором происходит разрушение агломерата от времени сепарации, размера частиц в агломерате и магнитных свойств металлической фракции шлама. Показано, что максимальная чистота металлической фракции более чем в 2 раза превышает аналогичный показатель сепараторов с вращающимся магнитным полем и достигается для агломерата из частиц 30 мкм и 100 мкм при гради-

енте магнитного поля 0,65 Т/м и длительности процесса сепарации 200с.

4. Установлено, что время дробления шлама в бильной мельнице оказывает существенное влияние на чистоту продуктов сепарации. Так при увеличении времени дробления с Юс до 30с содержание абразива в металлической фракции уменьшается с 10% до 1% масс, Магнитная фракция шлама, прошедшего дробление, содержит в 2 раза меньше абразива, чем при сепарации без дробления при одинаковых параметрах МВС и времени.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ

1. По результатам исследования предложена последовательность операций технологического процесса сепарации шламов шлифовального производства, позволяющая получать продукты переработки высокого качества. Разработана конструкция основных элементов магнитовибрационного сепаратора.

2. Разработана методика выбора оптимальных режимов электромагнитного поля, обеспечивающих интенсификацию процесса разрушения агломератов шлама и, как следствие, повышение качества продуктов сепарации.

3. Металлическая составляющая шлама использована в качестве компонента обмазки высококачественных электродов УОНИ-13/55 для дуговой сварки, что привело к повышению эксплуатационных характеристик. Абразив, полученный из шлама шлифовального производства, использован в качестве облицовочного материала форм для литья по выплавляемым моделям.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ

Результаты, полученные в работе, были применены при разработке технологии получения обмазки сварочных электродов постоянного тока марки УОНИ-13/55 с добавлением 16% стального порошка шлифовального шлама стали ШХ15, а также получение облицовочного слоя одноразовых корковых форм для литья по выплавляемым моделям из выделенного электрокорунда в условиях предприятий ООО НПЦ «Сварочные материалы» и ООО ЭП «Синтез-91».

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ И ПУБЛИКАЦИИ

Основное содержание диссертации опубликовано в 8 статьях и тезисах, 1 из которых в ведущих рецензируемых научных журналах, 1 работа выполнена без соавторов. Результаты работы были доложены и обсуждены на следующих международных и Всероссийских конференциях: Международная научно-техническая конференция «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании 2007», Одесса, март, 2007; 5-ая Международная конференция «Сотрудничество для решения проблем отходов» Харьков, апрель, 2008; Пятая международная конференция по высоким технологиям и фундаментальным исследованиям, 28-30 апреля 2008 г., Санкт-Петербург, Россия.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ

Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов; изложена на 129 страницах машинописного текста, включая 52 рисунка, 22 таблицы, список литературы 81 наименований, приложения на б страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении представлена оценка состояния решаемой проблемы, обоснована актуальность темы диссертационной работы и показана ее практическая значимость.

Первая глава посвящена обзору литературных данных по теме диссертации и формулировке целей и задач исследования. Приведен анализ рассмотренных в литературном обзоре работ по исследованию технологий сепарации металлоотходов и в частности шлифовальных шламов и применение получаемых продуктов переработки.

В результате сделаны следующие выводы:

1. Сырьевые ресурсы металлоотходов весьма велики, а существующие методы их переработки, использующие в своей основе переплав металла, в большинстве случаев не позволяют осуществить их экономное использование.

2. Переработка металлоотходов методами порошковой металлургии позволяет поднять коэффициент использования металла до 90-95%, сократить потери легирующих элементов, получить значительный экономический эффект. Наращивание объемов переработки металлоотходов методами порошковой металлургии во всем

мире должно происходить одновременно с развитием обычных методов получения порошков.

3. Использование порошков, получаемых из металлоотходов, для изготовления деталей конструкционного и антифрикционного назначения позволяет улучшить служебные характеристики деталей, расширить их номенклатуру. Перспективным является изготовление деталей из порошков, получаемых из металлоотходов, горячим деформированием - горячей штамповкой, экструзией.

4. В порошковой металлургии существует дефицит в дорогостоящей порошковой стали ШХ15, но существующие технологии переработки шлифовальных отходов подшипниковых производств не позволяют получать металлический порошок требуемого качества.

5. При работе с порошковыми материалами, характеризуемыми высокими силами межчастичного взаимодействия, такими как шлифовальный шлам, наиболее перспективным направлением ослабления межчастичного взаимодействия и разрушения порошковых агрегатов является создание МВС.

На основании выше перечисленного сформулированы цели и задачи диссертационной работы.

Вторая гтшва. Приведены характеристики используемого шлифовального шлама, а также полученных из него материалов, оборудования, описаны методики проведения исследований.

Для изучения использовался шлифовальный шлам стали марки ШХ15 полученный на операциях финишного шлифования колец подшипников на ОАО «ГПЗ-10». Предложена методика воздействия постоянным и неоднородным переменным магнитными. полями на порошковый материал для образования устойчивого МВС. Описаны методики измерения индукции и градиента индукции переменного магнитного поля с помощью индуктивного датчика.

1 5

1. Блок отделения СОЖ

2. Блок сушки

3. Блок измельчения и просева

4. Блок разделения абразива

3

и металлического порошка

5. Маслосборник

6. Накопитель абразива

7. Накопитель металлического

порошка

Рис.1. Блок-схема установки магнитовибрационной сепарации

Представлена принципиальная схема конструкции магнито-вибрационного сепаратора для переработки шлифовального шлама в МВС. Магнитовибрационный сепаратор представляет собой совокупность механизмов, выполняющих технологическую последовательность операций переработки шламов шлифовального производства. На рис. 1 приведена блок-схема магнитовибрационного сепаратора. Она состоит из блока отделения СОЖ (1) - подогреваемый резервуар из немагнитного материала с наведенным постоянно-переменным магнитным полем. Отделившаяся СОЖ сливается в маслосборник (5). Далее идет блок сушки (2) состоящий из шнека проходящего сквозь керамическую камеру сушки. Блок измельчения и просева (3) состоит из бильной мельницы с наводимым МВС в камере и сита. Заключительным этапом является блок разделения абразива и металлического порошка (4), состоящий из переменного и постоянного электромагнитов с разомкнутыми магнитопроводами силовые линии, которых направлены перпендикулярно друг другу. В межполюсном пространстве помещена кювета из органического стекла, в которой производится магнитовибрационное псевдокипение шлифовального шлама.

Установлено, что время дробления шлама в бильной мельнице оказывает существенное влияние на чистоту продуктов сепарации. Так, при увеличении времени дробления с Юс до 30с содержание абразива в металлической фракции уменьшается с 10% до 1% масс. Магнитная фракция шлама, прошедшего дробление, содержит в 2 раза меньше абразива, чем при сепарации без дробления при одинаковых параметрах МВС и времени (рис.2).

Насыпная плотность, полученной на экспериментальной установке сепарации стали ШХ15, составляет 1,5 г/см3. Это в

1,5 раза выше, чем насыпная плотность аналогичной марки стали (ШХ15) с операции шлифования подшипниковых колец сепарированных ранее другими разработчиками.

80

60-

то

" № " (ti! J 'Sha

Рис. 2. Зависимость массы отделившегося абразива от времени сепарации при использование помола ill и без помола Ш

Проверка на текучесть через воронку с 2,5 мм отверстием (ГОСТ 12601-76) показала, что стальной порошок, полученный маг-нитовибрационной сепарацией шлифовального шлама, не течет.

Третья глава посвящена построению теоретической модели разрушения агломератов шлифовального шлама в магнитовибри-рующем слое. Из возможных моделей разрушения порошковых кластеров в магнитовибрирующем слое рассмотрены две:

• разрушение за счет виброреологического эффекта, то есть кажущегося перехода сухого трения в вязкое;

• разрушение за счет разрыва агломерата в неоднородном магнитном поле пондеромонтными силами.

Для первой модели формула необходимого градиента индукции переменного поля для разрушения агломерата шлама получалась следующим образом. Со стороны неоднородного переменного поля на агломерат действует гармоническая сила В,.

(г - размер малого кластера: 1-20 мкм, 2-30 мкм, 3-40 мкм, 4-50 мкм) 1

F, = F„ sin cot .; Fu

p dB

ду

(l)

где ф - угол между вертикальной осью и магнитным моментом Рт малого агломерата, 6В/бу - изменение индукции магнитного поля вдоль вертикальной оси, Р0 - сила взаимодействия в агломерате.

б = />Рш-Р01 (2)

где ^ - коэффициент трения покоя.

Коэффициент трения для взаимодействующей пары агломератов шлама для случая вертикальной ориентации переменной силы, равен:

ID

F„

1-

J\Fm

F...

МоРА

4nrR(r + Ry

(3)

(4)

(5)

, (6) ду 4 m~R(r + R)" cos (p

Выражение (6) с учетом приближения кластера эквивалентной сферой, а также

ЛI) ~ iI

дв

, 4 7i)'R{r + R)2dB

1 _ _——____ _ cos qy

f'JA, ду

Мо/А,

>

г/ 4 з

: уУ = у~т" ,

3

можно записать в виде:

Mo Ар2

(7)

ду 3 R{r + R)2

где г - радиус малой частицы, Я - радиус крупной частицы, р0 - магнитная постоянная (1,25'10 Гн/м), ^ - коэффициент трения покоя (0,85), Рт - магнитный момент малой частицы, ср - угол между верт. осью и вектором магнитного момента большой частицы.

По результатам расчета построена зависимость градиента индукции неоднородного переменного поля, необходимого для разрушения агломерата шлама, состоящего из частиц разного размера (рис.3).

Рис.4. Зависимость градиента магнитной индукции необходимых для разрушейия агломерата пондеро-моторными силами неоднородного поля (г - размер малого кластера: 1-10 мкм, 2-20 мкм, 3-30 мкм, 4-40 мкм, 5-50 мкм)

Условие разрушения кластеров по модели разрыва агломерата в неоднородном поле определялось следующим образом. Магнитный кластер совершает сложное движение, описываемое уравнениями:

1Ф' = [РЛо]+[РА]-*Ф.

(8)

где В,/{) - 5,, со8(У/ - индукция переменного магнитного поля;

Вс - индукция постоянного поля; к и р - коэффициенты сопротивления среды поступательному и вращательному движениям соответственно. При составлении системы (8) приняты следующие допуще-

- монодисперсная система сферических частиц агломерирована адгезионными и магнитостатическими силами в одинаковые аг-

- магнитный момент частицы Р{ связан с кристаллической

решеткой настолько жестко, что его ориентация в магнитном поле приводит к повороту всей частицы;

- устойчивый режим магнитокипения может наблюдаться при

Вс „

выполнении соотношения —^(1;

Ву

- диссипация энергии в магнитокипящей дисперсной фазе компенсируется подкачкой энергии из магнитного поля;

- переменное магнитное поле сильно неоднородно, однако амплитуда его невелика;

- приращением Рт в переменном магнитном поле пренебрегаем и считаем магнитный момент агрегата постоянным;

- повышение индукции магнитного поля приводит к повышению устойчивости агрегата к внешним воздействиям, и его разрушение эффективно лишь при малых значениях индукции магнитного поля;

- значение градиента индукции переменного поля вдоль оси ОУ существенно превышает значения градиента вдоль любого другого направления.

ния:

п

регаты с магнитным моментом

Запишем уравнения (8) с учетом принятых допущений: My" = Рт (дВ/ду) cos cot sin (р - ку';

1<р" = РтВ¥ cos cot + РтВс sin (р - /.icp', (9)

где ф - угол между векторами Рт и Вс.

Условие разрушения кластеров получим из анализа уравнения движения отдельной частицы, записанного в системе координат, связанной с агрегатом:

ту" = -Рх cos <p-Fm+G, (10)

где т и P¡ - масса и магнитный момент частицы, Fm и G - силы взаимодействия и нормальной реакции между частицей и агломератом, ф - угол между Р и В с .

Учитывая условие совместного движения частицы и агломерата (у" ~О) и отрыва частицы от него {G = О) [5], из уравнения (10) получим значения градиента переменного поля, необходимого для ее разрушения:

(п)

ду Р

Предполагая, что магнитное взаимодействие двух ферромагнитных частиц подчиняется известному закону Кулона, (11) примет вид

дВ Аулг2 —- = -¿—. (12) ду 3 Кг

На рис.4 представлены зависимости градиента магнитной индукции, при котором происходит разрушение агломерата пондеромо-торными силами неоднородного поля. Анализ кривых позволяет утверждать, что для агрегатов, состоящих из 2 частиц радиусом менее 10 мкм, градиент магнитной индукции превышает 0,02 - 0,04 Т/м.

Четвертая глава посвящена исследованию влияния режимов магнитовибрационного воздействия на свойства МВС и определению параметров соответствующих наиболее характерным пространственно-устойчивым состояниям частиц и агрегатов в МВС (маг-нитокипение, при котором происходит максимальная дефлокуляция порошка шлама).

Для выявления закономерностей поведения шлифовального шлама стали ШХ15 в МВС, были проведены исследования влияния параметров электромагнитного поля на свойства МВС. Получены значения массы отделившегося абразива при различных параметрах МВС, результаты приведены на рис. 5.

ю

'¡»0)1,%

1 ' ' 1 1 л*^" ' 1 1 ,/ ЧЧЧ-

\ /Л /У 1 1А//Ч

/ / / Г7 ' / |

// / / /

1 / ! 7 / 1 / Ч /1 ' ' | / /

/ / / 4- -

У/ // Г 1

/ .. | _

Я ¡7 ® а V 25С № 150 ¿00 КО 5 тоЪ ш

Рис.5. Зависимость относительной массы отделившегося абразива от времени при различных значениях индукции постоянного поля и градиента индукции

переменного поля а - Вс - 0,036 Т, б - Вс - 0,043 Т; 1 - - 0,452 Т/м;

<У

с1В с1В„

2 - -1— - 0,498 Т/м; 3----- 0,543 Т/м; 4

йу

(1ВУ

5---— - 0,648 Т/м

с1у

4У

Му <3у

- 0,609 Т/м;

Оценивали влияние на отделившуюся массу абразива следующих параметров: индукция постоянного магнитного поля - Вс,

градиент индукции переменного поля - дВ/ и время - 1, в течение

/ ЧУ

которого проводился процесс сепарации обезжиренного шлифовального шлама.

С увеличением параметров постоянного поля и градиента происходило увеличение скорости отделения абразива. Из сравнения зависимостей рис. 5 можно сделать следующие выводы: наибольшая

скорость сепарации наблюдается при Вс - 43 мТ и - 0,648 Т/м

с1у

(рис.5(б) кривая (5)). Данный режим характеризуется максимальной хаочизацией шлама по всему объему кюветы. Экспериментально установлено, что при слабом псевдокипении в металлической фракции остается не отделившимся примерно 10% абразива.

Также приведена конструкция и параметры опытно-промышленной установки магнитовибрационной сепарации шлама, принцип действия которой соответствует лабораторной установке.

В пятой главе проанализированы результаты экспериментов и предложены практические рекомендации по применению магнитовибрационной технологии для сепарации шламов и изготовлению обмазки сварочных электродов постоянного тока марки УОНИ-13/55 с добавлением 16% стального порошка шлифовального шлама стали ШХ15, а также получению облицовочного слоя одноразовых корковых форм для литья по выплавляемым моделям из выделенного электрокорунда.

Полученные результаты исследований в области литья по выплавляемым моделям показали, что применение в качестве материала для облицовочного слоя электрокорунда, полученного сепарацией шлифовального шлама не ухудшает качество получаемых отливок, а, следовательно, может заменить собой дорогостоящий абразив;

Применение электрокорунда, извлеченного из шлифовального шлама, позволяет получать отливки с шероховатостью поверхности удовлетворяющие требованиям ГОСТа аналогичного промышленному абразиву.

Применение в составе покрытия электродов стального порошка, полученного сепарацией шлифовального шлама стали марки

ШХ15, позволяет получить наплавленный металл с более высокими пластическими свойствами.

Испытания электродов при сварке во всех пространственных положениях показали:

^ Технологические свойства представленных электродов не уступают серийным электродам УОНИ-13/55 по качеству формирования швов, отделимости шлака и разбрызгиванию.

^ Технологическим преимуществом электродов со стальным порошком в покрытии является повышение производительности наплавки ими на 14-16% (ап ~10,5 ГА/ч) прочнее характерной для промышленных электродов УОНИ-13/55 (ап ~ 9,0 ГА/ч).

Введение в состав покрытия электродов УОНИ-13/55, вместо порошка железа, стального марки ШХ15, полученного магнитовибра-ционной сепарацией шлама шлифования подшипников, позволяет, не ухудшая технологических свойств электродов и показателей механических свойств, выполненных ими соединений, повысить производительность наплавки на 14-16%.

Доказана возможность и целесообразность промышленного использования порошка стали ШХ15, полученного магнитовибраци-онной сепарацией шлама шлифования подшипников, применительно к широко используемым сварочным электродам УОНИ-13/55. Утилизация этого отхода позволит сэкономить расход дефицитного в стране железного порошка и будет способствовать улучшению экологической обстановки, прежде всего, на предприятиях подшипниковой промышленности.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Выявлены и систематизированы закономерности поведения шлифовального шлама в магнитовибрирующем слое. Экспериментально и теоретически обосновано влияние индукции магнитного поля, градиента индукции и времени на процесс разделения метал-' лической компоненты и абразива. Установлено, что увеличение гра-' диента индукции магнитного поля приводит к интенсификации хаотического движения шлама и, как следствие, повышению качества его разделения.

2. Показана эффективность и целесообразность применения помола обезжиренного шлама стали ШХ15 перед процессом разделения магнитной и немагнитной фракций. Установлено, что помол увеличивает отделение немагнитной фракции в 2 раза при индукции

постоянной составляющей магнитного поля 43 мТ и градиента индукции 648 мТ/м.

3. Предложен механизм разрушения конгломератов шлама стали 111X15, устойчивость которых обеспечивают магнитостатиче-ские силы. Теоретически рассчитано и экспериментально показано, что при градиенте индукции магнитного поля менее 0,3 мТ /м магни-товибрирующий слой неустойчив и движение частиц в нем протекает слабо, при этом отделяется абразив, не удерживаемый конгломератами. При градиенте индукции магнитного поля в интервале 0,32 Т/м - 0,62 Т/м происходит разрушение конгломератов за счет кажущегося изменения характера трения из сухого в вязкое. При градиенте индукции более 0,62 Т/м разрушение конгломератов происходит за счет их разрушения пондеромоторными силами в неоднородном магнитном поле.

Предложена гипотеза, что неоднородность магнитного поля увеличивается за счет локального градиента, образованного магнитными полями частиц металлической фракции шлама в МВС. Разрушение конгломератов позволяет повысить качество отделения металлической фракции от абразива за счет освобождения части абразива, удерживаемого внутри конгломерата.

4. На основании проведенных исследований установлена последовательность операций технологического процесса сепарации шлифовального шлама подшипникового производства: отделение СОЖ, сушка шлама, помол в бильной мельнице, разделение металлической и абразивной фракций, отличающаяся от известных методов сепарации, применением магнитовибрирующего слоя на каждом этапе технологического процесса. При этом на этапе отделения СОЖ реализация МВС обеспечивает бесконтактное перемешивание шлама в агрессивной среде, на этапе помола - удержание шлама в зоне вращения бил и дополнительное разрушение конгломератов при интенсивном соударении, на этапе разделения фракций - разрушение конгломератов металлической фракции и отделение абразива, удерживаемого внутри конгломератов.

5. Разработана методика выбора оптимальных параметров электромагнитного поля, обеспечивающих эффективное разрушение конгломератов шлама стали ШХ 15 за счет действия сил магнитного поля, а также интенсификации процессов соударения и, как следствие, повышение чистоты продуктов сепарации.

6. Проведенные исследования позволили получить порошок стали ШХ15 высокой чистоты, в котором содержание абразива не превышает 1% масс. Полученный в результате сепарации металлический порошок использовали при изготовлении обмазки сварочных электродов. Испытания показали, что по технологическим свойствам полученные электроды соответствуют электродам марки УОНИ-13/55, а по содержанию кислорода, азота и механическим свойствам сварочного шва (пластичности, трещинообразованию) превосходят стандартные электроды.

7. Результаты исследований показали, что применение абразива, полученного магнитовибрационной сепарацией шлифовального шлама, в качестве материала для облицовочного слоя одноразовых форм при литье по выплавляемым моделям не ухудшает качество получаемых отливок. При этом шероховатость поверхности отливок аналогична отливкам, полученным с применением промышленного абразива. При этом точность геометрических параметров соответствует 3-8 классам по ГОСТ 26645-85

Основные положения диссертационной работы опубликованы в следующих работах:

1. Плотников Д.М,, Вернигоров Ю.М. Влияние параметров магнитовибрирующего слоя на качество выделения порошковых материалов из шлифовальных шламов (статья). Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании: сб. науч. тр. науч.-практ. конф.- Одесса, 2007. -Т.2, с.75-76 (1/0,5);

2. Плотников Д.М. Сепарация шламов подшипникового производства в магнитовибрирующем слое (статья). Известия вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. - 2007. - №6, с. 25-29 (4);

3. Плотников Д.М., Вернигоров Ю.М. Последовательность технологических операций при магнитовибрационной сепарации шлифовального шлама ШХ15 (статья). Вопросы вибрационной технологии: межвуз. сб. науч. ст./ДГТУ. - Ростов н/Д, 2007, с.24-26 (3/2);

4. Плотников Д.М., Вернигоров Ю.М. Сепарация шлифовального шлама ШХ15 подшипникового производства (статья). Вопросы вибрационной технологии: межвуз. сб. науч. ст./ДГТУ. - Ростов н/Д, 2007, с.56-62 (7/5);

5. Плотников Д.М., Вернигоров Ю.М., Гордин Ю.А. Экспериментальная магнитовибрационная установка по сепарации шлифо-

вального шлама (статья). Вопросы вибрационной технологии: меж-вуз. сб. науч. сг./ДГТУ. - Ростов н/Д, 2007, с. 98-104 (7/6);

6. Плотников Д.М., Вернигоров Ю.М. Экологический аспект магнитовибрационной переработки шлама шлифовального производства (тезисы). Сотрудничество для решения проблем отходов: материалы V Междунар. конф. - Харьков, 2008, с. 100-102 (3/2);

7. Плотников Д.М., Вернигоров Ю.М. Конструктивные особенности магнитовибрационного сепаратора (статья). Вестник Дон. гос. техн. ун-та. - 2008. -Т.8, №1 (36), с.30-36 (7/5);

8. Плотников Д.М., Вернигоров Ю.М. Применение электрокорунда, полученного магнитовибрационной сепарацией шлама шлифовального производства (тезисы). Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования, образование: сб. тр. 5й междунар. науч.-практ конф., 28-30 апр. - СПб., 2008. - Т. 12, с. 485-486 (1/0,5).

В набор В печать гЗ. -Г6>, О87

Объемч^/усл.п.л., ч^уч.-изд.л. Офсет. Формат 60x84/16.

Бумага тип №3. Заказ №-5~3?Тираж/<^

Издательский центр ДГТУ

Адрес университета и полиграфического предприятия: 344010, г.Ростов-на-Дону, пл.Гагарина,!.