CC BY
8
НАУКОВО-ТЕХН1ЧНА 1НФОРМАЦ1Я
ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЭФФЕКТИВНЫЙ КАПИТАЛО- И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЙ МЕТОД ИСПЫТАНИЯ И ОЦЕНКИ
МАКРОСТРУКТУРЫ
Подходы ресурсосбережения, снижения загрязнения окружающей среды, более точной регламентации производственных операций и автоматизации при внедрении новых технологических процессов рекомендуются к самому широкому использованию мировой практикой организации и развития промышленного производства, отражаемой в международных стандартах качества ISO 14000 и ISO 9000.
Существующие методы контроля качества макроструктуры, используемые в металлургической промышленности, включают травление образцов в травильных ваннах. Эта технология применяется уже двести лет без значительных изменений и в настоящее время может считаться одной из немногих сохранившихся технологий, которой практически не коснулись изменения. Хотя тяжёлый ручной труд и высокая степень вредности данного технологического процесса делают его не просто архаичным, а и морально требующим замены.
Столкнувшись с недостатками традиционного метода (при исследовании макроструктуры слитка стали ШХ15СГ массой 3,6 тонны и в других исследованиях) мы поставили цель облегчить работу травильщика и удешевить травление. При этом нами различались два подхода: 1) исследовательское травление, необходимость в котором возникает периодически и количество образцов сравнительно не велико, и 2) механизация или автоматизация промышленного травления, характеризующегося постоянным потоком большого количества протравливаемых образцов, с заменой существующих травильных ванн травильной установкой, основанной на технологии используемой в исследовательском методе.
В задачи исследования и разработки нового метода травления входило:
- снизить расходы кислоты и воды при травлении;
- сократить удельные выбросы кислотных паров и канализационных стоков;
- сократить объём механической обработки слитков, поковок и изделий порошковой металлургии при подготовке образцов к травлению в исследовательском травлении;
- уточнить регламент технологического процесса промышленного травления;
- уменьшить текущие издержки и капитальные вложения на травление, как в исследовательской, так и в промышленной практике.
Усилиями научных сотрудников кафедр "Машины и технология литейного производства" и "Экономика и организация производства" Запорожского национального технического университета, была решена задача исследовательского травления и разработаны подходы к механизации и автоматизации промышленного травления.
Таким образом, вопросы технического перевооружения при контроле качества металлопродукции на макроструктуру становятся актуальными ввиду появившейся вероятной возможности перехода на новый способ травления, отличающийся значительно лучшими условиями труда и меньшими финансовыми затратами. Существующие методы испытаний и оценки макроструктуры по ГОСТ 10243-75, основанные на погружении образцов в травильные ванны с травящими реактивами в настоящий момент мало чем отличаются от использовавшихся в металлографии двести лет назад и морально устарели. За два столетия ванны начали подогреваться паром или электричеством, были установлены мощные скрубберы и вентиляция, но ручной труд и другие недостатки этого способа химического травления сохранились и стали незаметно привычными.
К недостаткам метода испытаний и оценки макроструктуры по ГОСТ 10243-75можно отнести:
- тяжёлые условия труда, когда массивные пробы вручную погружаются или извлекаются из ванны;
- вредные условия труда;
- большую площадь испарения травильной ванны;
- длительное время испарения, связанное с инерционностью нагрева и остывания травильной ванны;
- невозможность травить образцы, превышающие размер травильной ванны, без их порезки на части;
- необходимость предварительного подогрева образцов до температуры травления (обычно 60-80 °С);
- повышенную длительность травления каждого единичного образца;
- сопутствующее травление кроме анализируемой поверхности всей остальной поверхности образца;
- возможное образование газовых пузырьков на травимой поверхности и необходимость перемешивания травящего реактива в ваннах.
ISSN 1607-6885 Hoei Mamepia.nu i технологи в металурги та машинобудувант №1, 2007
143
Однако способ ГОСТ 10243-75 обладает одним неоспоримым преимуществом - он апробирован, показал свою действенность и используется в промышленной и исследовательской практике.
Разработанный в Запорожском национальном техническом университете новый способ травления материалов при их макроскопическом исследовании, совмещающий в себе электролитическое и интенсифицируемое химическое травление, способен существенно снизить недостатки травления в травильных ваннах и повысить экономические и экологические показатели производства. Способ хорошо зарекомендовал себя в исследовательской практике при травлении темплетов углеродистых, легированных и высоколегированных марок сталей. При этом процесс исследований облегчился, упростился, сократился во времени и удешевился. Существенно снизился расход кислотосодержащего состава, упростились промывка и просушка образцов. Травильная ванна была заменена малогабаритной дешёвой установкой.
Способ включает взаимодействие поверхности травления, которая подключена к положительному полюсу источника постоянного тока, с перемещаемым по ней травильным узлом. К травильному узлу, подключенному к отрицательному полюсу источника постоянного тока, подводится химический травящий реактив, являющийся одновременно и электролитом. При соприкосновении поверхности травления и травильного узла происходит очень быстрый подогрев их зоны контакта до необходимой температуры.
В результате удельная скорость травления увеличивается, а удельное парообразование на единицу протравленной поверхности снижается как за счёт уменьшения площади парообразования, так и потому, что исключается свойственная ваннам инерционность парообразования (когда образцы уже протравлены, а ванна продолжает парить до своего остывания).
В исследовательской практике новый способ позволяет травить образцы неограниченных размеров (слитки, слябы) с существенным сокращением механической обработки по порезке темплетов, возникающей исходя из граничных условий размеров травильной ванны или величины допустимой к подниманию массы.
В промышленной практике появляется возможность механизировать или даже автоматизировать операции травления на макроструктуру. Травильный узел сам в ходе работы выполняет удаление пузырьков и перемешивание реактива, что было подтверждено в ходе испытаний прототипа промышленной установки. При этом кислота расходуется только на травление поверхности темплета, необходимой для анализа макроструктуры (травится только "лицевая" сторона темплетов, а боковые и обратная стороны могут оставаться практически сухими).
Высокая экономическая эффективность использования нового метода в промышленности ожидается исходя из уменьшения как текущих издержек при травлении, так и сокращения капитальных вложений на травильную установку с небольшим скруббером, по сравнению с существующими травильными ваннами с необходимыми им мощными скрубберами и системами вентиляции. К сокращению текущих издержек, идущих на себестоимость, можно отнести: уменьшение расходов на кислоту, электроэнергию, воду, сжатый воздух для просушки протравленной поверхности, ремонты и техническое обслуживание, реагент по нейтрализации кислотных паров, плату за выбросы и штрафы.
В результате проведенной работы можно сделать следующие выводы: 1) разработан и прошёл апробацию новый высокоэффективный метод выявления макроструктуры в исследовательской практике; 2) промышленное внедрение нового метода для контроля качества продукции вызывает несколько вопросов, которые будут практически изложены и рассмотрены нами в дальнейшем. Однако сразу можно указать, что использование современных компьютерных технологий может существенно упростить травление и повысить его экологические характеристики. Если, конечно, эти новые современные подходы могли бы лечь в основу ГОСТа, призванного заменить ГОСТ 10243-75.
ГОСТ 10243-75 - это ГОСТ бывшего СССР, продолжающий действовать на постсоветском пространстве. Его действие на большой территории несёт в себе экономическое преимущество для большинства предприятий. С другой стороны, замена существующего метода травления на новый способ и современные компьютерные технологии, отвечает подходам международных стандартов качества ISO 14000 и ISO 9000. И в случае успеха можно рассчитывать на значительный экономический эффект (как от самого травления, так и от ускорения оборачиваемости оборотных средств за счёт ускорения оценки и контроля макроструктуры). Вопрос в том, продолжать работать традиционно или рисковать? Разумеется разработка промышленной установки, отработка технологии и нового ГОСТа для испытаний и оценки макроструктуры стали требует значительных затрат на НИОКР и ориентированным на возможность технического перевооружения предприятиям целесообразно было бы объединить усилия.
(Адрес для отзывов и предложений: vvost2001@mail.ru)
© 2007 Канд. техн. наук В. В. Остапенко, канд. техн. наук Г. А. Бялик,
канд. техн. наук С. М. Григорьев
Национальный технический университет, г. Запорожье
