Использование поперечного сегмента перелива при нанесении гальванического защитного никель-кобальтового покрытия

The article presents the results ofphysical modelling of operation of reduction gearing of blast-furnace skip winches. The research aims to examine how the temperature of the lubricant and the presence of tribotechnical additions influence contact voltage and friction coefficient in gearing. The modelling was done on the laboratory bench with a four-square torque loop, which was developed by the authors.

Key words: wear-and-tear, service life, lubricant, tribological unit, gearing, metallurgical aggregates.

Terentyev Dmitry Vyacheslavovich, candidate of technical science, docent, ktnterentyev@mail. ru, Russia, Magnitogorsk, Nosov Magnitogorsk State Technical University,

Platov Sergey Iosifovich, doctor of technical science, professor, head of chair, psipsi@,mail. ru, Russia, Magnitogorsk, Nosov Magnitogorsk State Technical University,

Zirkin Yuri Vasilyevich, candidate of technical science, professor, girkin@yandex. ru, Russia, Magnitogorsk, Nosov Magnitogorsk State Technical University,

Ogarkov Nikolai Nikolaevich, doctor of technical science, professor, ogarkovnikolai@mail. ru, Russia, Magnitogorsk, Nosov Magnitogorsk State Technical University

УДК 67.05

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОПЕРЕЧНОГО СЕГМЕНТА ПЕРЕЛИВА ПРИ НАНЕСЕНИИ ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ЗАЩИТНОГО НИКЕЛЬ-КОБАЛЬТОВОГО ПОКРЫТИЯ

В.Г. Шеркунов, А.Е. Власов, П. Тезе

Изучены причины возникновения и характер распространения дефекта разно-твердости на гальванических защитных никель - кобальтовых покрытиях медных плит кристаллизаторов МНЛЗ. Разработаны и экспериментально проверены методы устранения данного дефекта. Дан количественный анализ проделанной работы.

Ключевые слова: МНЛЗ, кристаллизатор, дефект разнотвердости, поперечный сегмент перелива.

Использование машин непрерывного литья заготовок МНЛЗ в настоящее время является одним из основных и эффективных методов получения литой заготовки. Эта технология позволяет существенно увеличить выход годного металла как в деформированном состоянии, так и не деформированном.

Продуктивность МНЛЗ определяется максимальным числом плавок при серийной разливке стали, которое, в свою очередь, зависит от качества работы кристаллизатора, технологическое назначение которого - отвод тепла от остывающей заготовки, формирование корки сплава и профиля получаемого полуфабриката. Чтобы обеспечить своевременный и качественный отвод тепла от остывающей заготовки, кристаллизаторы традиционно изготавливают из материалов на основе меди. Но такие материалы не обладают достаточными прочностными свойствами, что приводит к преждевременному выходу из строя данного элемента МНЛЗ [1].

Чтобы увеличить эксплуатационный срок кристаллизаторов, на их рабочую поверхность наносят специальные упрочняющие покрытия. Широкое применение в промышленности нашел гальванический метод создания защитных слоев. Это объясняется возможностью использовать большое количество материалов в качестве покрытия, а также высокой технологичностью [2].

Одним из перспективных материалов для покрытия стенок кристаллизаторов МНЛЗ является никель - кобальт (покрытие H-VHN). Оно характеризуется повышенным сопротивлением износу и хорошими эксплуатационными характеристиками.Но этому типу покрытий характерен дефект разнотвердости по всей площади плиты, что существенно снижает эксплуатационный срок кристаллизатора. Карта твердостей такой плиты представлена в табл. 1.

Таблица 1

Карта твердостей № 1 никель-кобальтового покрытия

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

a 303 308 279 286 294 292 289 275 298 301

Ь 281 292 268 241 273 276 268 263 295 276

c 270 287 252 245 271 274 242 252 291 265

d 268 292 259 258 295 296 255 249 294 274

e 290 311 267 278 332 322 270 265 316 285

f 301 309 284 278 339 335 279 267 301 274

g 264 316 283 279 288 293 276 284 313 267

h 327 357 341 358 364 378 368 376 354 332

i 467 489 354 375 409 407 377 345 482 470

Для улучшения визуализации карты твердостей, представим ее в графическом виде - рис.1.

Рис. 1. Графическая карта теердостей №1

Как известно разнотвердость никель - кобальтового покрытия возникает по трем причинам [3 - 5]:

- некачественная предварительная подготовка поверхности плиты перед нанесением;

- высокое содержание железа в воде, используемой в техпроцессе;

- слабое перемешивание (барбатирование) рабочей жидкости, возникновение слоев застойного, слабо обновляемого электролита в зоне его контакта с поверхностью плиты.

Анализ технологии нанесения покрытия показал, что причиной возникновения дефекта разнотвердости является слабое перемешивание электролита в зоне его контакта с поверхностью покрываемой плиты[6].

В случае ванны компании "SMSCheltec" перемешивание электролита осуществляется за счет его циркуляции. Схематичный чертеж ванны представлен на рис. 2 [7].

Рабочая жидкость подается через спреи , и уходит в трубу перелива. Для предотвращения возникновения разнотвердости и устранения зон слабо обновляемого электролита, необходимо изменение установившегося статичного потока рабочей жидкости[8]. Для этого были изготовлены и установлены в рабочую ванну поперечные сегменты перелива (рис. 3), которые разбивали центральную точку слива электролита на несколько, равноудаленных от центра.

При изготовленииметрового перелива, были вырезаны два отверстия ¿¿отверстий = 59 мм на расстоянии 250 мм от центра, это позволило более равномерно распределить поток по длине ванны.

Использование дополнительных элементов, меняющих поток жидкости, не должно влиять на реакцию в процессе гальванического нанесения покрытия. Материалом для поперечных сегментов был выбран ПВХ (поливинилхлорид). Этот полимер характеризуется высокой термической и

220

химической стойкостью, что позволяет использовать его в среде борной кислоты при рабочей температуре процесса. Так же его химический состав не влияет на состав рабочей жидкости, а значит, он не влияет на протекание реакции осаждения.

Рис. 2. Схематичный чертеж гальванической ванны по технологии «в коробе», где: 1 - анодная штанга; 2 - анод; 3 - труба перелива;

4 - покрываемая медная плита (широкая стенка ванны); 5 - спрей электролита; 6 - боковая стенка ванны (не покрывается); 7 - основание гальванической ванны

б

Рис. 3. Поперечные сегменты перелива: а - перелив1=500 мм;

б - перелив 1=1000 мм

221

Результаты процесса нанесения никель - кобальтового покрытия на плиты кристаллизатора МНЛЗ с использованием поперечных сегментов представлены в виде карт твердостей (табл. 2 и 3).

Таблица 2

Карта твердостей № 2 никель - кобальтового покрытия с использованием поперечного сегмента 1=500 мм

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

a 298 300 303 309 298 293 311 309 302 291

b 299 296 286 276 303 305 277 279 289 294

c 292 281 279 275 289 302 275 273 284 289

d 276 279 283 289 306 304 287 281 277 274

e 279 296 298 302 309 321 314 298 288 279

f 281 304 296 301 305 309 302 291 286 285

g 372 372 355 375 339 324 364 372 351 349

h 444 460 439 452 439 423 446 434 402 413

i 571 571 546 561 524 542 520 497 524 468

Таблица 3

Карта твердостей № 3 никель - кобальтового покрытия с использованием поперечного сегмента 1=1000 мм

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

a 303 308 279 286 294 292 289 275 298 301

b 281 292 268 241 273 276 268 263 295 276

c 270 287 252 245 271 274 242 252 291 265

d 268 292 259 258 295 296 255 249 294 274

e 290 311 267 278 332 322 270 265 316 285

f 301 309 284 278 339 335 278 267 301 274

g 264 316 283 279 288 293 276 284 313 267

h 327 357 341 358 364 378 368 376 354 332

i 467 489 354 375 409 407 377 356 482 470

Для сравнительного анализа полученных в ходе эксперимента данных, представим карты твердостей №2 и №3 в графическом виде и сравним с классическим вариантом (рис. 4).

222

Рис. 4. Сравнение графических карт твердостей: а - классическая схема; б - поперечный сегмент 1=500 мм; в - поперечный сегмент

1=1000 мм

На основании посчитанных данных, выведена средняя амплитуда (Дср) отклонения значений твердости от средних значений твердости (Дп ) в горизонтальныхплоскостях.

Дп = |HVcp — HVn \

Д = £(Дг .„Дп) Дср п ,

В процентах же значения Дср будут равны:

Дср(%)= -Дс- * 100% . 223

Данный анализ позволил численно оценить эффект полученный от проделанных на предприятии "8М8СЬекес" экспериментов. По этому алгоритму были посчитаны средние амплитуды отклонений значений твердости в горизонтальных плоскостях плит кристаллизаторов, покрытых по традиционной схеме, а так же с использованием двух вариантов поперечного сегмента трубы перелива. Отметим, что расчет проводился для верхней и средней частей плит (600 мм от верхнего края) на высоте работы первых двух сегментов перелива. Результаты проведенного анализа приведены в табл. 4.

Таблица 4

Сравнительная характеристика никель - кобалтоеых покрытий

Плита № 1 Плита № 2 Плита № 3

Дер 1а-10а 5,98 % 3,45 % 02,31 %

^ср 1Ь-10Ь 11,43 % 5,03 % 3,7 %

^ср 1с-10с 9,85 % 6,38 % 5,6 %

Дер 1с1-10с1 9,26 % 7,14 % 4,68 %

Дер 1е-10е 12,96 % 7,57 % 5,54 %

Дер 14,26 % 5,07 % 3,57 %

Сравнительная характеристика нанесенных на предприятии "БМБ ЗсИекес" никель - кобальтовых покрытий наглядно демонстрирует благоприятный эффект, полученный от применения поперечного сегмента в реальных процессах.

Заключение. Результаты исследования позволяют сделать следующие выводы:

1. Классическая схема забора электролита по средствам трубы перелива, расположенной в центре ванны, не является оптимальной, так как она способствует появлению и развитию зон со слабо омываемым электролитом в контактной зоне с плитой.

2. Использование поперечного сегмента 1=500 мм позволило снизить дефект разнотвердости получаемого покрытия на 44% в горизонтальных плоскостях, а использование поперечного сегмента 1=1000 мм снизило присутствие данного дефекта на 55 % в горизонтальных плоскостях;

3. Использование обоих видов перелива позволило избавиться от локальных осесимметричных зон пониженного значения твердости (< 240 НУ).

Покрытия медных плит кристаллизаторов МНЛЗ, полученные в ходе эксперимента успешно прошли выходной контроль и в данный момент работают непосредственно на МНЛЗ "Стана 5000" ОАО "ММК".

224

Список литературы

1. Затуловский С.С., Демченко В.Ф., Юдович А.А. Непрерывное литье стали. М.: Металлургия, 1981. 176 с.

2. Гамбург Ю.Д. Гальванические покрытия: справочник по применению. М.: Техносфера, 2006. 216 с.

3. Mc Farlen W.T. An evaluation of electroformed nickel - cobalt alloy deposits. Plating, 1970. V. 57. N. 1. P. 46 - 50.

4. Кругликов С.С. Исследование выравнивания микропрофиля поверхности при электроосаждении металлов. М., 1970. 346 с.

5. Информативный портал - Секреты гальваники от Галины Королевой / Заметки о гальванике // Причины нарушения качества гальванических покрытий [Электронный ресурс]. URL: http://blog.tep-nn.ru/?p=1389 (дата обращения: 10.01.2017).

6. Шеркунов В.Г., Редников С.Н., Власов А.Е., Тезе П. Математическое моделирование процессов нанесения гальванических покрытий при различных скоростных режимах / В.Г. Шеркунов, С.Н. Редников, А.Е. Власов, П. Тезе // Вестник Магнитогорского государственного университета им. Г.И. Носова, 2016. Т. 14. №2. С. 101 - 106.

7. Компания "SMSCheltec". [Электронный ресурс]. URL: http://www.sms-cheltec.ru (дата обращения: 10.01.2017).

8. Шеркунов В.Г., Редников С.Н., Власов А.Е., Тезе П. Влияние динамики движения электролита в гальванической ванне на однородность наносимого покрытия // Вестник Магнитогорского государственного университета им. Г.И. Носова, 2016. Т. 14. №3. С. 32 - 38.

Шеркунов Виктор Георгиевич, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, sherkunovvg@susu.ac.ru, Россия, Челябинск, Южно - уральский государственный университет,

Власов Александр Евгеньевич, асп., vlasovaleksandr. 74@gmail.com, Россия, Челябинск, Южно - уральский государственный университет,

Пино Тезе, доц., вице-президент компании, pino.tese@sms-siemag.com, Германия, Хильхенбах - Дальбрух. SMS Siemag

USING A CROSS - SEGMENT LAUNDER WHEN APPLIED PROTECTIVE ELECTROPLATING OF NICKEL - COBALT COATING

V.G. Sherkunov, S.N. Rednikov, A.E. Vlasov, P. Teze

We studied the causes and nature of the defect in the spread different hardness galvanic protection nickel - cobalt coating of copper plates of CCM. Methods of elimination of this defect are developed and experimentally checked. The quantitative analysis of the done work is given.

Key words: CC machine, crystallizer, defect of different hardness, cross-segment overflow.

Sherkunov Viktor Georgievich, doctor of technical science, professor, head of chair, sherkunovvg@susu. ac. ru, Russia, Chelyabinsk, South Ural State University,

Vlasov Aleksandr Evgen'evich, postgraduate, vlasovaleksandr. 74@gmail.com, Russia, Chelyabinsk, South Ural State University,

Pino Tese, candidate of technical science, docent, pino. tese@sms-siemag. com, Germany, Hilchenbach - Dalbruh

УДК 539.3

ИССЛЕДОВАНИЕ В ОПЕРАЦИОННОЙ СРЕДЕ МЛТЬЛБ КРУТИЛЬНОЙ ФОРМЫ ПОТЕРИ УСТОЙЧИВОСТИ КОНСТРУКТИВНО-АНИЗОТРОПНЫХ ПАНЕЛЕЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

В.В. Фирсанов, Л.М. Гавва

Приводятся соотношения математической модели для исследования задачи устойчивости конструктивно-анизотропных панелей из композиционных материалов. Уточняется математическая модель при закручивании подкрепляющего элемента, находящегося в условиях одностороннего контакта с обшивкой. Жесткости подкреплений вводятся дискретно с помощью аппарата обобщённых функций. Учитывается влияние процесса технологии изготовления панелей: остаточных температурных напряжений и предварительного натяжения армирующих волокон. На основании вариационного принципа Лагранжа получены разрешающее уравнение восьмого порядка и естественные граничные условия. В операционной среде MATLAB разработан пакет прикладных программ. Проанализировано влияние параметров конструкции на уровень критических сил крутильной формы потери устойчивости.

Ключевые слова: панели из композиционных материалов, эксцентричный продольно-поперечный набор, тонкостенный стержень, дискретные рёбра, силовое и технологическое температурное нагружение, вариационный принцип Лагранжа, крутильная форма потери устойчивости, MATLAB.

В операционной среде МЛТЬЛВ построены программы и реализован процесс компьютерной многокритериальной оптимизации конструктивно-анизотропных панелей из композиционных материалов, которые находятся в условиях силового воздействия, приводящего к различным формам потери устойчивости.

Рассматриваются задачи устойчивости плоских прямоугольных многослойных панелей из полимерных волокнистых композиционных материалов с эксцентричным продольно - поперечным набором (рис. 1, 2). Панели находятся под действием постоянных погонных усилий, приложенных к кромкам в плоскости обшивки. Граничные условия на контуре являются согласованными в отношении плоской задачи и задачи изгиба.