Виготовлення поруватих матеріалів із використанням енергозберігальної технології
Досліджено, що запропонований поруватий матеріал на основі відходів металообробки можна використовувати для регенерації технічних рідин і мастил. Собівартість виготовлення фільтрів з використанням відходів (порошок сталі ШХ15) методом самопоширюваного високотемпературного синтезу в 2–3 рази нижча, н...
Gespeichert in:
| Datum: | 2015 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України
2015
|
| Schriftenreihe: | Фізико-хімічна механіка матеріалів |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/136262 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Виготовлення поруватих матеріалів із використанням енергозберігальної технології / О.Ю. Повстяной, В.Д. Рудь, Л.М. Самчук, Н.Т. Зубовецька // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2015. — Т. 51, № 6. — С. 87-92. — Бібліогр.: 12 назв. — укp. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-136262 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1362622018-06-17T03:13:44Z Виготовлення поруватих матеріалів із використанням енергозберігальної технології Повстяной, О.Ю. Рудь, В.Д. Самчук, Л.М. Зубовецька, Н.Т. Досліджено, що запропонований поруватий матеріал на основі відходів металообробки можна використовувати для регенерації технічних рідин і мастил. Собівартість виготовлення фільтрів з використанням відходів (порошок сталі ШХ15) методом самопоширюваного високотемпературного синтезу в 2–3 рази нижча, ніж фільтрів, які виготовлені за стандартною технологією. Створення фільтрів з відносно дешевої і доступної сировини із забезпеченням всього комплексу характеристик, які необхідні для тривалої та якісної роботи, робить їх конкурентоспроможними в умовах ринкової економіки. Исследовано, что предложенный пористый фильтровальный материал на основе отходов металлообработки можно использовать для регенерации технических жидкости и масел. Себестоимость изготовления фильтров с использованием отходов (порошок стали ШХ15) методом самораспространяемого высокотемпературного синтеза в 2–3 раза ниже, чем у фильтров, изготовленных с использованием стандартной технологии. Создание фильтров с относительно дешевого и доступного сырья с обеспечением всего комплекса характеристик, необходимых для продолжительной и качественной работы, делает их конкурентоспособными в условиях рыночной экономики. Industrial tests have shown that the proposed porous filtering material on the base of waste metal can be used for regeneration of technical liquids and technical oils. The cost of manufacture of filters using waste (steel BBS15 powder (ШХ15)) by the method of self-propagation high-temperature synthesis in 2–3 times to compare with the analogous filters, manufactured using standard technology. The filters manufacture cost is reduced due to the use of industrial wastes. Creating filters with relatively cheap and available raw materials with the provision of the entire complex of properties and characteristics necessary for their long-term and qualitative operation makes them competitive in the conditions of market economy. 2015 Article Виготовлення поруватих матеріалів із використанням енергозберігальної технології / О.Ю. Повстяной, В.Д. Рудь, Л.М. Самчук, Н.Т. Зубовецька // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2015. — Т. 51, № 6. — С. 87-92. — Бібліогр.: 12 назв. — укp. 0430-6252 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/136262 621.072.32 uk Фізико-хімічна механіка матеріалів Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| description |
Досліджено, що запропонований поруватий матеріал на основі відходів металообробки можна використовувати для регенерації технічних рідин і мастил. Собівартість виготовлення фільтрів з використанням відходів (порошок сталі ШХ15) методом самопоширюваного високотемпературного синтезу в 2–3 рази нижча, ніж фільтрів, які виготовлені за стандартною технологією. Створення фільтрів з відносно
дешевої і доступної сировини із забезпеченням всього комплексу характеристик, які
необхідні для тривалої та якісної роботи, робить їх конкурентоспроможними в умовах ринкової економіки. |
| format |
Article |
| author |
Повстяной, О.Ю. Рудь, В.Д. Самчук, Л.М. Зубовецька, Н.Т. |
| spellingShingle |
Повстяной, О.Ю. Рудь, В.Д. Самчук, Л.М. Зубовецька, Н.Т. Виготовлення поруватих матеріалів із використанням енергозберігальної технології Фізико-хімічна механіка матеріалів |
| author_facet |
Повстяной, О.Ю. Рудь, В.Д. Самчук, Л.М. Зубовецька, Н.Т. |
| author_sort |
Повстяной, О.Ю. |
| title |
Виготовлення поруватих матеріалів із використанням енергозберігальної технології |
| title_short |
Виготовлення поруватих матеріалів із використанням енергозберігальної технології |
| title_full |
Виготовлення поруватих матеріалів із використанням енергозберігальної технології |
| title_fullStr |
Виготовлення поруватих матеріалів із використанням енергозберігальної технології |
| title_full_unstemmed |
Виготовлення поруватих матеріалів із використанням енергозберігальної технології |
| title_sort |
виготовлення поруватих матеріалів із використанням енергозберігальної технології |
| publisher |
Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України |
| publishDate |
2015 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/136262 |
| citation_txt |
Виготовлення поруватих матеріалів із використанням енергозберігальної технології / О.Ю. Повстяной, В.Д. Рудь, Л.М. Самчук, Н.Т. Зубовецька // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2015. — Т. 51, № 6. — С. 87-92. — Бібліогр.: 12 назв. — укp. |
| series |
Фізико-хімічна механіка матеріалів |
| work_keys_str_mv |
AT povstânojoû vigotovlennâporuvatihmateríalívízvikoristannâmenergozberígalʹnoítehnologíí AT rudʹvd vigotovlennâporuvatihmateríalívízvikoristannâmenergozberígalʹnoítehnologíí AT samčuklm vigotovlennâporuvatihmateríalívízvikoristannâmenergozberígalʹnoítehnologíí AT zubovecʹkant vigotovlennâporuvatihmateríalívízvikoristannâmenergozberígalʹnoítehnologíí |
| first_indexed |
2025-07-10T01:00:37Z |
| last_indexed |
2025-07-10T01:00:37Z |
| _version_ |
1837219698537660416 |
| fulltext |
87
Ô³çèêî-õ³ì³÷íà ìåõàí³êà ìàòåð³àë³â. – 2015. – ¹ 6. – Physicochemical Mechanics of Materials
УДК 621.072.32
ВИГОТОВЛЕННЯ ПОРУВАТИХ МАТЕРІАЛІВ
ІЗ ВИКОРИСТАННЯМ ЕНЕРГОЗБЕРІГАЛЬНОЇ ТЕХНОЛОГІЇ
О. Ю. ПОВСТЯНОЙ, В. Д. РУДЬ, Л. М. САМЧУК, Н. Т. ЗУБОВЕЦЬКА
Луцький національний технічний університет
Досліджено, що запропонований поруватий матеріал на основі відходів металооб-
робки можна використовувати для регенерації технічних рідин і мастил. Собівар-
тість виготовлення фільтрів з використанням відходів (порошок сталі ШХ15) мето-
дом самопоширюваного високотемпературного синтезу в 2–3 рази нижча, ніж фільт-
рів, які виготовлені за стандартною технологією. Створення фільтрів з відносно
дешевої і доступної сировини із забезпеченням всього комплексу характеристик, які
необхідні для тривалої та якісної роботи, робить їх конкурентоспроможними в умо-
вах ринкової економіки.
Ключові слова: поруватий матеріал, самопоширюваний високотемпературний
синтез, порошок сталі ШХ15, регенерація, радіально-ізостатичне пресування.
На сьогодні створення маловідходних і енергозберігальних технологічних
процесів є досить актуальним завданням у зв’язку з поступовим виснаженням
запасів мінеральної сировини й органічного палива. Одним з важливих шляхів
його вирішення є утилізація відходів металообробки, значну частину яких можна
переробити із застосуванням ефективних методів порошкової металургії.
Поруваті матеріали (ПМ) в останні роки набули широкого використання,
зокрема для фільтрації мастильно-охолоджувальних рідин.
Мета роботи – науково-практичне обґрунтування технології виготовлення
поруватого матеріалу з комплексом покращених фільтрувальних показників для
очищення технічних рідин та мастил.
Методика досліджень та використані матеріали. У Луцькому НТУ впро-
довж багатьох років виготовляють ПМ на основі відходів промислового вироб-
ництва із застосуванням методу самопоширюваного високотемпературного син-
тезу (СВС) [1–3].
Вихідним матеріалом для отримання нових ПМ є порошок ШХ15, який
отриманий за новою запатентованою технологією, де головною відмінністю від
існуючих переробок шламових відходів промислового виробництва є те, що піс-
ля подрібнення утвореного спеку виконують додаткове подрібнення-обкочування
на кульовому млині для надання частинкам порошку менших розмірів та регу-
лярної кулеподібної форми [4, 5]. Хімічний аналіз цього вихідного порошку по-
рівняли з хімічним складом за ГОСТ 801-78 (див. таблицю).
Попереднє приготування шихти. Щоб приготувати шихту для деталей зада-
ної пористості, використовували порошки з розміром частинок 0,063…0,63 mm.
Для зміни розмірів пор ПМ вводили в шихту пороутворювач – порошок карба-
міду CO(NH2)2 [6, 7], який вибраний з таких міркувань: порошок карбаміду
CO(NH2)2 під час спікання розчиняється без утворення рідкої фази за температу-
ри нижчої температури спікання порошку сталі ШХ15, не утворюючи компонен-
Контактна особа: О. Ю. ПОВСТЯНОЙ, e-mail: povstjanoj@mail.ru
88
тів, які забруднюють основний матеріал та середовище; пороутворювач CO(NH2)2
володіє змазкою та зв’язкою, зменшуючи вплив тертя під час пресування, тим са-
мим покращуючи спресовування та формування.
Хімічний склад відходів промислового виробництва (порошок ШХ15)
і компактної сталі ШХ15
Вміст хімічних елементів, %
Матеріал
C Si Ni Mn Cr О Сu P
Порошок сталі ШХ15 1,5 0,3 0,16 0,15 1,44 1,2 – 0,037
Сталь ШХ15
(ГОСТ 801-78)
0,95…
1,05
0,17 0,30
0,20…
0,40
1,30…
1,65
–
0,2…
0,37
0,027
Рис. 1. Залежність формівності (Φ) порошків
сталі ШХ15 від вмісту пороутворювача (Q)
для різних фракцій: � – 0,400…0,630 mm;
� – 0,315…0,400 mm; ▲ – 0,200…0,315 mm;
▼ – 0,160…0,200 mm; � – 0,100…0,160 mm;
⊳ – 0,063…0,100 mm.
Fig. 1. Dependence of BBS15 (ШХ15) steel
powders molding (Φ) on steam generator
content (Q) for different fractions:
� – 0.400…0.630 mm; � – 0.315…0.400 mm;
▲ – 0.200…0.315 mm; ▼ – 0.160…0.200 mm;
� – 0.063…0.100 mm; ⊳ – 0.100…0.063 mm.
Рис. 2. Технологічна схема відновлення порошків: І – вдосконалений газогенератор:
1 – трубка підведення води; 2 – трубка підведення аргону; 3 – трубопровід.
ІІ – електропіч марки СНОЛ 10-11В: 4 – контрольна трубка; 5 – факел;
6 – давач температури; 7 – термопара; 8 – вогнетривка цегла; 9 – контейнер;
10 – трубка підведення газу; 11 – ємкість із сталі 40Х13; 12 – металевий порошок;
13 – трубка підведення аргону; 14 – балон з аргоном.
Fig. 2. Technological chart of powders recovery: I – improved gas-generator:
1 – tube of water supply; 2 – argon gas supply pipe; 3 – pipeline.
II – electric furnace СНОЛ 10-11В: 4 – control tube; 5 – torch; 6 – temperature sensor;
7 – thermocouple; 8 – refractory bricks; 9 – container; 10 – gas supply pipe; 11 – capacity
of 40Х13 steel; 12 – metal powder; 13 – pipe of argon supply; 14 – cylinder with argon.
89
Результати досліджень залежності формівності порошків ШХ15 різних фрак-
цій від вмісту пороутворювача CO(NH2) подані на рис. 1. Враховуючи, що харак-
теристикою формівності порошку є його здатність зберігати надану йому в ре-
зультаті пресування форму, за якої пресовки після видалення з прес-форми не
осипаються і не мають розшарувань [8], а також те, що чим більша пористість, то
вища проникність, тут взята мінімальна міцність на стиск (σсompr = 1 MPa), a тиск
пресування в межах 5…100 MPa.
Щоб надати порошку сталі ШХ15 покращених технологічних властивостей,
здійснюємо відновлення для зняття внутрішніх напружень у частинках порошку,
використовуючи технологічну схему (рис. 2), яка складається з газогенератора та
електропечі марки СНОЛ 10-11В. Для уникнення вибухонебезпечності перед від-
новленням робочу камеру електропечі марки СНОЛ 10-11В продували аргоном.
Пресування ПМ здійснювали на установці (рис. 3) з використанням радіаль-
ної схеми пресування, яка дозволяє отримувати ПМ з рівномірним розподілом
густини в пресовках у широкому діапазоні тисків (рис. 4) [9].
Рис. 3. Схема конструкції (а) та загальний вид (b) прес-блока напівпромислової
установки для СР-ІП у замкнутому об’ємі: 1 – корпус; 2 – кільця (бандаж);
3 – вкладиш еластичний; 4 – армувальний елемент; 5 – набір оболонок еластичних;
6 – порошок; 7 – пробка; 8 – упорний диск; 9 – кулачки розрізні;
10, 12 – кришки; 11 – стакан; 13 – повзун.
Fig. 3. Construction (a) and general view (b) of press unit of semi-industrial plant
for СР-ІП in the closed volume: 1 – case; 2 – ring (band); 3 – elastic insert;
4 – reinforcing element; 5 – a set of elastic shells; 6 – powder; 7 – tube;
8 – resistant disk; 9 – Cams split; 10, 12 – cover; 11 – a glass; 13 – slider.
Рис. 4. Розподіл густин (υ) за довжиною
поперечного перерізу (L) циліндричних
заготовок на основі порошку ШХ15 шести
партій ПМ: 1 – L = 10 mm; 2 – 15;
3 – 20; 4 – 25; 5 – 30; 6 – 40 mm.
Fig. 4. Density distribution (υ) by the length
of cross-section (L) of cylindrical workpieces
based BBS15 powder of six batches
of porous materials (PM): 1 – L = 10 mm;
2 – 15; 3 – 20; 4 – 25; 5 – 30; 6 – 40 mm.
Спікання ПМ. Спікання сформованих заготовок є однією з важливих техно-
логічних операцій, які застосовують під час виготовлення ПМ. Спікали за допо-
90
могою СВС [10–12]. На рис. 5 наведено поперечний переріз ПМ, отриманий за
запропонованою технологією.
Рис. 5. Структура поперечного перерізу ПМ, отриманого
за запропонованою технологією: а – ×250; b – ×1000.
Світлі ділянки відповідають порошку ШХ15, а темні – порам.
Fig. 5. Сross-section structure of PM obtained by a new technology: а – ×250; b – ×1000.
Light regions correspond to powder BBS15, and dark – pores.
Визначення пористості досліджуваного зразка ПМ. Серед існуючих мето-
дів дослідження пористої структури фільтрувальних матеріалів вибрали метало-
графічний метод. Він базується на визначенні просвіту пористого матеріалу за
мікрофотографіями. Для цього використовують аналізатори зображень різних
видів. Мікрофотографії для дослідження отримували за допомогою оптичного
мікроскопа МИМ-10 (×120). Перевагою цього методу є можливість оцінки порис-
тості та статистичних характеристик за перерізом досліджуваного зразка.
Кінцева задача металографічного аналізу – статистична обробка отриманих
під час вимірювання характеристик об’єктів за допомогою прикладних програм,
визначення середніх значень цих величин, а також побудова графічних залежно-
стей для візуалізації аналізу.
Вмонтований механізм автоматизації абсолютно прозорий для користувача і
дає змогу без надмірних навантажень на програму накопичувати та аналізувати
різні дані, отримувати інтегральні характеристики та поророзподілення.
Результати досліджень. Розподіл частинок забруднювача за розмірами
несуттєво впливає на розміри пор, коефіцієнти проникності та пористість. Це дає
змогу говорити про ефективне використання ПМ з відходів промислового вироб-
ництва, про що і свідчать отримані експериментальні результати (рис. 6).
Досліджували на установці для визначення проникності ПМ. Максимальний
час проходження суспензії через фільтри 33 h. Особливою відмінністю цієї кон-
струкції є можливість визначення проникності відразу чотирьох досліджуваних
зразків з різною пористістю, або необхідної кількості ПМ, а також можливість
багаторазового використання дослідних зразків з урахуванням регенерації філь-
трувальних матеріалів.
Перед випробуваннями конструкцію перевіряють на герметичність, створю-
ють максимально можливий перепад тисків для цієї установки та випробовувано-
го фільтра.
Як бачимо (рис. 6), під час фільтрації частинки забруднювача дійсно зупиня-
ються переважно на передніх площинах зробленого перерізу. У момент часу
t = 33 h від початку фільтрації відбувається одночасне закупорювання всього пе-
рерізу частинками забруднювача (точки 1–3). Розподіл забруднювача по січенню
ПМ у момент закупорювання показано на рис. 7.
91
Отже, завдяки змінній пористості по січенню ПМ рівномірніше розподіля-
ється забруднювач по об’єму порівняно з аналогічними фільтрувальними ПМ.
Різкі перепади (піки) вказують на закупорювання зробленого перерізу ПМ заб-
руднювачем за подальшого його промивання (рис. 7).
Рис. 6. Fig. 6. Рис. 7. Fig. 7.
Рис. 6. Зміна під час фільтрації розподілу пористості (П) за січеннями ПМ (х):
� – 0 h; � – 10 h; ▲ – 20 h; ▼ – 33 h.
Fig. 6. Change in the distribution of filtering porosity (П) by PM cross-sections (x):
� – 0 h; � – 10 h; ▲ – 20 h; ▼ – 33 h.
Рис. 7. Розподіл забруднювача по січенню (х) ПМ у момент закупорювання.
Fig. 7. The distribution of the pollutant (х) in the PM chopping at the time of closing.
ВИСНОВКИ
Експериментально доведено, що ПМ, які отримані за запропонованою тех-
нологією мають коефіцієнт проникності в 3, а ресурс та брудоємність у 1,5 рази
вищі, ніж у ПМ, які отримані за традиційними технологіями, при цьому маса
фільтра на 20% менша. Завдяки використанню виготовлених ПМ можна знизити
витрати на очищення мастила та технічних рідин на 23%. Собівартість виготов-
лення ПМ з відходів промислового виробництва методом СВС-спікання у 2,5 ра-
зи нижча за матеріали, які виготовлені за стандартними технологіями. Отримані
ПМ успішно використовують на SKF “Україна” (м. Луцьк) та ПАТ “Електротер-
мометрія” (м. Луцьк) для очищення технічних рідин та мастил. Створення таких
матеріалів із відносно дешевої та доступної сировини із забезпеченням всього
комплексу характеристик, необхідних для тривалої і якісної роботи, робить їх
конкурентоспроможними в умовах нової економіки України та світу.
РЕЗЮМЕ. Исследовано, что предложенный пористый фильтровальный материал на
основе отходов металлообработки можно использовать для регенерации технических жид-
кости и масел. Себестоимость изготовления фильтров с использованием отходов (поро-
шок стали ШХ15) методом самораспространяемого высокотемпературного синтеза в 2–3
раза ниже, чем у фильтров, изготовленных с использованием стандартной технологии.
Создание фильтров с относительно дешевого и доступного сырья с обеспечением всего
комплекса характеристик, необходимых для продолжительной и качественной работы,
делает их конкурентоспособными в условиях рыночной экономики.
SUMMARY. Industrial tests have shown that the proposed porous filtering material on the
base of waste metal can be used for regeneration of technical liquids and technical oils. The cost
of manufacture of filters using waste (steel BBS15 powder (ШХ15)) by the method of self-pro-
pagation high-temperature synthesis in 2–3 times to compare with the analogous filters, manu-
factured using standard technology. The filters manufacture cost is reduced due to the use of
industrial wastes. Creating filters with relatively cheap and available raw materials with the
92
provision of the entire complex of properties and characteristics necessary for their long-term
and qualitative operation makes them competitive in the conditions of market economy.
1. Оцінка якості фільтрів виготовлених з порошкових матеріалів в режимі СВС
/ В. Д. Рудь, Н. М. Защепкіна, Л. М. Самчук, О. Ю. Чужкова // Наук. нотатки. – 2012.
– Вип. 36. – С. 280–282.
2. До експериментального визначення поверхні навантаження металевих порошків
/ В. Д. Рудь, О. В. Заболотний, Т. Н. Гальчук, О. Ю. Повстяной, Л. М. Клепач // Наук.
нотатки. – 2005. − Вип. 17. – С. 304–309.
3. Реут О. П., Богинский Л. С., Петюшик Е. Е. Сухое изостатическое прессование уплот-
няемых материалов. – Минск: Дэбор, 1998. – 258 с.
4. Патент України № 63558 А МПК 7 В22F9/04. Спосіб отримання металевого порошку
з шламових відходів підшипникового виробництва / В. Д. Рудь, Т. Н. Гальчук,
О. Ю. Повстяной. – Опубл. 15.01.04; Бюл. № 1.
5. Повстяной О. Ю. Удосконалення технології виготовлення пористих порошкових
матеріалів з використанням відходів промислового виробництва: дис. ... канд. техн.
наук. – Луцьк, 2007. – 170 с.
6. Патент України на винахід № 76002 C2 МПК (2006) В01D 39/00. Спосіб отримання
фільтрів / О. Ю. Повстяной, В. Д. Рудь. – Опубл. 15.06.06.; Бюл. № 6.
7. Патент України на корисну модель МПК B22F 9/00, B01D39/00. Cпосіб отримання
фільтруючого матеріалу / В. Д. Рудь, О. Ю. Повстяной, Л. М. Самчук, І. В. Савюк,
Ю. В. Куц. – Опубл. 10.08.15; Бюл. № 15.
8. Витязь П. А., Капцевич В. М., Кусин Р. А. Фильтрующие материалы: свойства, области
применения, технология изготовления. – Минск: НИИ ПМ с ОП, 1999. – 304 с.
9. Використання модульних конструкцій при отриманні виробів методом радіально-ізо-
статичного пресування / О. В. Заболотний, Д. О. Сомов, О. Ю. Повстяной, В. А. Сичук
// Міжн. наук.-техн. конф. “Застосування теорії пластичності в сучасних технологіях
обробки тиском і автотехнічних експертизах”. Тези доп. – Вінниця: ВНТУ, 2006.
– С. 113–116.
10. Патент України на корисну модель МКИ 7 В 01 D35/02. Газогенератор / В. Д. Рудь,
Л. М. Самчук, М. І. Колядинський, О. О. Дуда. – Опубл. 16.03.09; Бюл. № 4.
11. Патент України на корисну модель МПК В22F 3/23. Реактор для проведення самопо-
ширюючого високотемпературного синтезу (СВС-процесу) / Л. М. Самчук, Н. М. Гу-
лієва, В. Д. Рудь, О. Ю.Повстяной, І. В. Савюк, Ю. В. Воробей, М. М. Заїкін. – Опубл.
25.06.14; Бюл. № 12.
12. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез: теория и практика. – Черно-
головка: Территория, 2001. – 432 с.
Одержано 08.08.2014
|