Технические науки /1.металлургия.

Д.т.н. Сафронов Н.Н., к.т.н. Харисов Л.Р., Сафронов Г.Н.

Набережночелнинский институт Казанского федерального университета, (г.Набережные Челны)

Рециклинг дисперсных отходов машиностроения методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза с получением ферросилида с заданными свойствами.

В химическом машиностроении ферросилид нашёл широкое применение благодаря его высокой стойкости к коррозии в том числе при повышенных температурах [1].

В настоящей работе рассматривается процесс СВС с целью получения ферросилида марки ЧС13. В качестве компонентов шихты для осуществления процесса СВС использовались дисперсные отходы заводов ОАО «КАМАЗ»: кузнечная окалина (химический состав в % (массовая доля): FeO – 12,1; Fe₂O₃ – 87,1; MnO – 0,6; SiO₂ – 0,2), силуминовая стружка АК18 (химический состав в % (массовая доля): Si – 18,2; Cu – 0,9; Mg – 1,2; Ni – 0,9) и графитовая стружка [2]. Первый материал выполняет роль окислителя и поставщика основы ферросилида – железа. Алюминий силуминовой стружки служит восстановителем, а кремний насыщает железо до требуемых количеств. Графитовая стружка является источником углерода в синтезируемом ферросилиде. В состав шихты СВС кроме указанных компонентов входили также строительная порошкообразная известь (ГОСТ 9179-77), содержащая 91% СаО и 2% МgO, и аммиачная селитра [3]. Первый материал предназначался для формирования шлаковой фазы, обладающей вяжущими свойствами. Второй материал является окислителем, и его наличие в шихте обусловлено обеспечением количества кремния в синтезиреумом сплаве на уровне, соответствующем марке ЧС13. Кроме того, данный компонент способствует повышению термичности шихты.

Исследование свойств ферросилида производилось как функции состава шихты процесса СВС. Основным компонентом шихты являлась кузнечная окалина, по отношению к которой изменялись количества остальных компонентов. Исследование влияния состава шихты на коррозионную стойкость ферросилида осуществлялось с использованием метода планируемого эксперимента [4].

В качестве исследуемых факторов принимался состав шихты (% (массовая доля)) – x₁, x₂, x_3. Входные контролируемые факторы соответственно выражали:

x₁ – количество смеси алюминиевой стружки и аммиачной селитры в относительном массовом соотношении между собой 1:3,5;

x₂ – количество графитовой стружки;

x₃ – количество порошкообразной извести.

Во всех вариантах шихты процесса СВС количество алюминиевой стружки поддерживалось на уровне 40%.

Коррозионная стойкость ферросилида (y₁) оценивалась скоростью коррозии в растворе 10%-ной серной кислоты при температуре 288-293 К. С этой целью изготавливались образцы для испытаний на стойкость против коррозии. Они представляли собой «медальки» в форме цилиндра с размерами: диаметр Æ50 мм, высота 5 мм. Образцы изготавливались из синтетического ферросилида, полученного процессом СВС на центробежной установке.

Для построения математической модели был использован дробный факторный план для трех входных факторов и трех параллельных наблюдений.

После обработки результатов эксперимента и исключения незначимого коэффициента уравнение регрессии математическая модель имеет вид:

y₁ = 9,42 – 2,36x₁ + 1,79x₂.

Данную математическую модель необходимо проверить на гипотезу адекватности (пригодности) с помощью критерия Фишера, расчётное значение которого получилось равным: . Критическое значение F выбирается из таблицы исходя из надежности a = 0,95, числа степеней свободы для дисперсии адекватности f_ад =5 и числа степеней свободы для выходного параметра f_y =8 (F = 4,82). Так как F_расч<F, то полученное уравнение адекватно результатам наблюдений. В этом уравнении регрессии в качестве аргументов используются кодированные значение факторов. При переходе к именованным значениям имеем следующее уравнение регрессии:

y₁ = 11,73 – 0,09x₁ + 5,97x₂ .

Таким образом, получена адекватная модель управления качеством СВС-ферросилида, полученного с использованием дисперсных отходов машиностроения. Процесс СВС выгодно отличается от традиционного способа производства ферросилида по критериям технологичности, экономичности и свойствам получаемого продукта.

Литература

1. Бобро Ю.Г. Жаростойкие и ростоустойчивые чугуны. – Москва–Киев: Машгиз, 1960. – 170 с.

2. Бикулов Р.А., Сафронов Г.Н., Харисов Л.Р. СВС-ферросилиды из дисперсных отходов машиностроения // Литейщик России. – 2010. № 8. – С. 15 – 17.

3. Сафронов Г.Н., Харисов Л.Р. Материалы для повышения термичности шихты при получении СВС-чугунов из дисперсных отходов машиностроения. Сб-к мат. 2-ой межрегиональной научно-практической конференции «Камские чтения» (2010; Набережные Челны). Часть 3: Изд-во Кам. госуд. инж.-экон. акад., 2010. – С. 100 – 102.

4. Новик Ф.С., Арсов Я.Б. Оптимизация процессов технологии металлов методами планирования эксперимента. – М.:Машиностроение: София: Техника, 1980. – 304 с.