СПОСОБ БРИКЕТИРОВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ СТРУЖКИ
METAL CHIP BRIQUETTING METHOD

Предлагаемое техническое решение относится к области брикетирования металлической стружки и может быть использовано для изготовления брикет-электродов для электрошлакового переплава (ЭШП).
Свойства материала, получаемого в результате переплавки брикетированной металлической стружки, в значительной степени зависят от качества переплавляемого брикета. Для повышения качества существуют разные способы брикетирования.
Известен способ брикетирования металлической стружки [1], в котором стальную стружку дробят до размера не более 12 мм, перемешивают, очищают от влаги и органических примесей, нагревают и осуществляют горячее прессование в пресс-форме. Перемешивание, очистку и нагрев осуществляют одновременно во вращающемся наклонном барабане.
2
Известен также способ брикетирования металлической стружки [2], в котором в стальную стружку вводят дополнительно металлический или металлоабразивный шлам в количестве 5-25% от общего веса, после чего образовавшуюся смесь формуют в пористый слой плотностью 700-1400 кГ/м и пропускают через зону нагрева.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ брикетирования металлической стружки [3], принятый за прототип, при котором стружку подвергают дроблению до получения элементов двух фракций чешуйчатой формы длиной 15-25 и 50-60 мм. Полученные фракции смешивают с весовым соотношением 1:1-1:1,5, очищают от загрязнения, сушат и уплотняют в пресс-форме.
К недостаткам прототипа следует отнести следующее:
При уплотнении брикета в пресс-форме чешуйки располагаются длинной стороной в направлении, перпендикулярном направлению прессования. Сцепление между длинными сторонами чешуек оказывается недостаточным, в результате чего возникает значительная анизотропия прочностных характеристик материала в брикете.
Брикеты, полученные указанным способом, переплавляют в обычных печах с получением материала с низкими механическими характеристиками из-за угара легирующих элементов, загрязнения неметаллическими включениями и т.д. Для получения из металлической стружки высококачественного материала целесообразно использовать метод электрошлакового переплава (ЭШП).
Брикеты, полученные способом по прототипу, нельзя использовать для переплавки их в установках ЭШП из-за низкой прочности материала в направлении, перпендикулярном длинной оси брикета. Это вызвано тем, что сильные электрические токи, протекающие через брикет, используемый в качестве электрода, вызывают растягивающие напряжения в направлении, перпендикулярном протеканию электрического тока, приводя к разрушению материала брикета.
Техническим результатом изобретения является разработка способа брикетирования металлической стружки для ЭШП, обеспечивающего повышение прочностных характеристик материала брикета.
Поставленный технический результат достигается тем, что в способе брикетирования металлической стружки, включающем ее дробление до получения элементов двух фракций, смешивание фракций, очистку смеси и компактирование, смеси в брикет прессованием, согласно изобретению,
в процессе дробления одну из двух фракций получают в форме многогранника размером 0,2-0,6 мм, а элементы второй фракции - чешуйчатой формы длиной 20-50 мм. Смешивание фракций производят с весовым соотношением первой фракции ко второй 4:1-8:1, а прессование полученной смеси осуществляют в направлении, перпендикулярном длинной оси брикета, а затем производят последующее спекание брикета в восстановительной среде.
Использование частиц чешуйчатой формы повышает электропроводность и прочность материала вдоль длинной оси брикета, что дает возможность увеличить плотность пропускаемого тока. Вместе с тем при использовании только одних чешуйчатых частиц происходит снижение прочностных характеристик в перпендикулярном направлении за счет растягивающих напряжений, возникающих при пропускании тока, что приводит к нарушению сплошности материала.
Использование наряду с чешуйчатыми элементами фракций элементов многогранной формы позволяет улучшить качество материала без снижения электропроводности вдоль длинной оси брикета-электрода.
Смешение элементов первой фракции в форме многогранника размером 0,2-0,6 мм и элементов второй фракции - чешуйчатой формы длиной 20-50 мм приводит к более равномерному распределению прочностных характеристик материала, за счет чего улучшается припекаемость элементов фракций друг к другу при спекании брикета, что повышает прочность материала брикета.
Прессование смеси в направлении, перпендикулярном длинной оси брикета, позволяет повысить плотность электрического тока при использовании брикета в качестве электрода при ЭШП, что повышает производительность процесса плавки.
Ниже приведен пример реализации предлагаемого способа брикетирования металлической стружки.
В качестве исходного материала были использованы стружковые металлические отходы стали 40Х. Дробление стружки проводилось в два этапа. На первом этапе была использована молотковая мельница типа ДМ.3Х2. В результате размола при различных режимах получены чешуйчатые элементы первой фракции размерами: 20 мм, 30 мм и 50 мм. На втором этапе необходимая порция чешуйчатых элементов первой фракции была раздроблена в дезинтеграторе типа ИНД-380 при различных режимах до получения элементов второй фракции в виде многогранников размером 0,2-0,6 мм и 0,6-2,0 мм. Затем элементы обеих фракций смешивались в двухконусном смесителе в различных соотношениях (см. Таблицу). Полученная смесь подвергалась прессованию при давлении 600 МПа. Прессованные брикеты спекались при температуре 1150°С в течение 40 минут в восстановительной среде.
Таблица
Характерные признаки способа и получаемые результаты
Предлагаемый способ
Прототип
Нижнее значение
Среднее значение
Верхнее значение
Характерные признаки способа
Размер элементов чешуйчатой формы (мм)
20
30
50
60 и 20
Размер элементов многогранной формы (мм)
0,2
0,4
0,6
Отсутствуют
Соотношение частиц многогранной и чешуйчатой формы
4:1
6:1
8:1
0:1
Получаемые результаты
Прочность растяжения материала брикета (МПа)
В направлении прессования
170-180
170-180
160-180
40-60
Перпендикулярно направлению прессования
220-240
200-220
180-200
160-180
Отношение σ<sub>1</sub>/σ<sub>11</sub>
1,3
1,2
1,1
3,4
Как следует из данных, приведенных в таблице, использование длины элементов фракций чешуйчатой формы меньше заявленной снижает эффект их влияния на прочностные характеристики материала. Использование более длинных элементов фракций приводит к их смятию вдоль длинной оси и появлению микротрещин.
Использование элементов фракций многогранной формы меньших размеров снижает прочностные характеристики материала из-за их повышенного наклепа и окисления. Более крупные элементы фракций плохо формуются в брикет, происходит его осыпание, значительное число материала теряется.
В основе изобретения лежат экспериментально установленные авторами факты и соотношения:
- положительное влияние одновременного использования частиц разной формы (неправильного многогранника, близкой к овальной, и чешуйчатой) на формуемость и прочность материала;
- оптимальное соотношение указанных фракций в диапазоне 4:1-8:1.
При использовании предлагаемого способа был получен материал брикет-электрод, изотропный по прочностным свойствам.
Технико-экономический эффект определяется снижением времени переплавки в процессе ЭШП и за счет повышения качества материала брикета.
Источники информации
1. Патент РФ №2354723, С22В 1/248 «Способ брикетирования стальной стружки», опубл. 10.05.2009 г., Бюл. №13.
2. Патент РФ №2266969, С22В 1/248, 7/00. «Способ брикетирования металлической стружки и устройство для его осуществления», опубл. 27.12.2005 г., Бюл. №36.
3. Патент РФ №2146719, С22В 1/248, B22F 8/00 «Способ брикетирования металлической стружки», опубл. 20.03.2000 г. - Прототип.