CC BY
44
В контрольных и коммуникационных проводах процент меди варьируется в 95-99%, а в силовых широко применяют сплавы латуни (от 0 до 50 % Zn ) оловянных (4 — 33 % Sn), алюминиевых (5-11 % Al), свинцовых (~ 30 % Pb), кремниевых (4-5 % Si) и сурьмяных бронз.
Готовый медный провод всегда содержит остаточную оксидную пленку, возникающую при непрерывном процессе волочения. По этой причине в медной промышленности стандартной процедурой стало измерение поверхности пленки остаточного оксида с помощью вольтаметрического метода испытания. Оксидная пленка нежелательна, так как может стать причиной недостаточной износостойкости, возникновения дефектов, плохой связи между изолирующей эмалью и проволкой.
В медных катанках дефекты часто появляются в процессе непрерывного литья и волочения, и проявляются в виде шлаков, трещин и осколков. Некоторые сплавы бывают хрупкими и при волочении проволоки являются инициаторами появления площадок для трещин. Чтобы решить эту проблему, акцент делается на улучшении качества поверхности проволки, опираются на дополнительные операции как промывка, сушка и фильтрация твердых частиц, а также периодическая проверка прокаток, фильеров и катанок.
Сейчас Казахстан находится на 10 месте среди лидеров по объему производящих медь (около 407 тонн в год). Однако для развивающейся страны более важно иметь производство качественной медной продукции, нежели количественной, поэтому на предприятиях Казахстана вопросы контроля качества являются актуальными. Владея большими запасами меди, рассчитанными на 20 лет добычи, следует попутно развивать структуру производства ее изделий, что, как правило, приносит больше прибыли, чем продажа чистого сырья.
Литература
1. Электроизоляционная и кабельная техника. Методы испытания электротехнических материалов и изделий: [сборник статей] / Иркутский 142 политехнический институт (ИрПИ); под ред. Ю. Т. Плискановского. — Иркутск: Б. и., 1975. — 214 с.
2. Медеплавильное производство - развитие и перспективы. Алма-Ата, 1978 Ванюков А.В., Уткин М.И. Комплексная переработка медного и никелевого сырья. Челябинск, 1988.
3. Журовлева Л.В., Электроматериаловедение: Учебник для начального профессионального образования. М.: Изд. Центр «Академия»; ИРПО, 2000. -312 с.
Артемьев АА.1, Соколов Г.Н.2, Зорин И.В.1, Дубцов Ю.Н1, Лысак В.И.3
1 Кандидат технических наук; 2 доктор технических наук, доцент; 3 доктор технических наук, член-корреспондент РАН;
Волгоградский государственный технический университет
Работа выполнена при финансовой поддержке Совета по грантам Президента РФ (грант №МК-4265.2014.8) и РФФИ
(гранты №13-08-01282а, №14-08-00868а).
ЭЛЕКТРОШЛАКОВАЯ НАПЛАВКА ПОВЕРХНОСТЕЙ ИЗДЕЛИЙ КОМПОЗИЦИОННЫМ ИЗНОСОСТОЙКИМ
СПЛАВОМ
Аннотация
Разработан способ получения износостойких композиционных покрытий электрошлаковой наплавкой с использованием токоподводящего кристаллизатора и порошковых проволок, содержащих тугоплавкие частицы диборида титана TiB2. Изучены термические условия формирования тонкого слоя износостойкого наплавленного металла и выявлена кинетика перехода в него тугоплавких микрочастиц из наполнителя порошковой проволоки.
Ключевые слова: композиционный сплав, электрошлаковая наплавка, порошковая проволока, диборид титана.
Artemev A.A.1, Sokolov G.N.2, Zorin I.V.1, Dubtsov YU.N.1, Lysak V.I.3
1 PhD in Engineering; 2 Doctor of T echnical Sciences, assosiate professor; 3 Doctor of T echnical Sciences, Member of Russian Academy
of Sciences; Volgograd State Technical University
ELECTROSLAG SURFACING OF SURFACES ON COMPOSITE WEAR-RESISTANT ALLOY
Abstract
A wear-resistant composite coating process with electroslag surfacing using a current-supplying solidification mould and flux-cored wires with refractory particles of titanium diboride TiB2 was developed. The thermal conditions for the formation of a thin layer of wear-resistant weld metal andfound him in transition kinetics of refractory micro-particles of the filler flux-cored wire.
Keywords: composite alloy, electroslag surfacing, flux-cored wire, titanium diboride.
Введение
Композиционные металлокерамические сплавы, в структуру которых внедрены макро-, микро- или наночастицы тугоплавких химических соединений, обладают высокими показателями твердости и износостойкости. Наплавку таких сплавов на рабочие поверхности деталей машин и инструмента, работающих в экстремальных условиях абразивного изнашивания, выполняют с использованием покрытых и трубчатых электродов, порошковых смесей, а также керамических флюсов, содержащих в своем составе частицы карбидов и боридов металлов. Однако применяемые для этих материалов дуговые и газопламенные способы наплавки обладают низкой технологичностью и производительностью. Более эффективны механизированные способы электрошлаковой наплавки (ЭШН) порошковыми проволоками (ПП), содержащими в наполнителе тугоплавкие твердые компоненты.
Целенаправленно управлять качеством получаемого наплавленного металла можно с использованием технологии ЭШН в токоподводящем кристаллизаторе (ТПК), обеспечивающей регулировку тепловыделения в шлаке как вблизи металлической ванны, так и в области плавления наплавочных материалов. Это дает возможность при минимальном и равномерном проплавлении основного металла создавать условия для гарантированного перехода тугоплавких частиц в наплавленный металл.
Цель работы состоит в исследовании процесса формирования тонкого слоя износостойкого металла при ЭШН в горизонтальном положении с использованием ТПК и ПП, содержащих частицы диборида титана TiB2.
Методика проведения исследований
Образцы сплавов наплавляли с использованием ПП, полых графитовых электродов и водоохлаждаемого двухсекционного ТПК (рис. 1). Графитовые электроды, токоподводящая секция кристаллизатора и изделие включены в сеть электропитания постоянным током по двухконтурной схеме [1]. Проволоки диаметром 3 мм изготавливали из стальной ленты толщиной 0,3 мм. В качестве наполнителя ПП использовали порошки никеля, феррохрома, графита, а также диборида титана в количестве 25 масс. % со средним размером частиц 35 мкм.
7
Рис. 1 - Схема процесса ЭШН: 1, 2 - токоподводящая и формирующая секции кристаллизатора соответственно; 3 -керамический элемент; 4 - графитовая футеровка; 5 - ПП; 6 - керамическая трубка; 7 - полый графитовый электрод; 8 - шлаковая ванна; 9 - металлическая ванна; 10 - изделие; 11 - наплавленный металл; 12 - источники тока.
Изучение структуры металла проводили с использованием оптического микроскопа Axiovert 40 MAT. Содержание и распределение легирующих элементов в структурных составляющих наплавленного металла определяли на электронном растровом микроскопе Versa 3D.
Испытания наплавленного металла на абразивное изнашивание при трении о жестко закрепленный абразив проводили на лабораторной машине. Статическая нагрузка на образец составляла 0,937 МПа. Истирающая поверхность представляла собой шлифовальную бумагу с зернистостью абразива P100. Коэффициент относительной износостойкости металла определяли как отношение потери массы экспериментального образца к потере массы эталона (сталь 45 в отожженном состоянии).
Результаты исследований
Экспериментально установлено, что при использовании двухконтурной схемы электропитания кристаллизатора и электродов постоянным током тепловая мощность, выделяющаяся в шлаке при протекании тока через контур "токоподводящая секция -изделие", позволяет обеспечить устойчивое поддержание электрошлакового процесса, а также дает возможность повысить однородность температурного поля в нижней части осевого сечении шлаковой ванны, что обусловливает равномерную глубину проплавления основного металла и постоянство химического состава по ширине наплавленного слоя. Это достигается при использовании в конструкции ТПК кольцеобразного керамического элемента, расположенного в проточке формирующей секции, который оказывает влияние на распределение протекающего через шлак тока с поверхности токоподводящей секции кристаллизатора.
Моделирование топологии электрических полей в шлаке, выполненное по методике [2], показало, что такая конструкция ТПК дает возможность увеличить тепловыделение в объеме шлака, располагающемся по периметру металлической ванны, за счет 2-3-хкратного повышения плотности тока в этой области по сравнению с остальным объемом шлаковой ванны. Это способствует повышению температуры сварочной ванны и уменьшению поверхностного натяжения на межфазных границах в наиболее важной - периферийной зоне сварочной ванны, где повышена скорость теплоотвода в кристаллизатор. При этом тепловая мощность, выделяемая в приэлектродных областях шлаковой ванны, расходуется преимущественно на плавление электронейтральных присадочных проволок. Образующиеся при совместном электромагнитном воздействии от токоподводящей секции кристаллизатора и электродов циркуляционные потоки в шлаковой ванне способствуют ее перемешиванию и снижению температурных градиентов. Благодаря этому обеспечивается качественное формирование тонких (от 2,5 мм) и широких (от 50 мм) слоев из металлических и металлокерамических сплавов при относительно небольшом (до 15-20 %) проплавлении основного металла.
Установлено, что для формирования однородного теплового поля в шлаковой ванне необходимо использовать два полых графитовых электрода, которые следует располагать на межцентровом расстоянии, равном 1,7...2,5 от величины наружного диаметра электрода. Регулирование величины тока, протекающего через электроды, позволяет в широких пределах изменять температуру шлака в этих зонах, что дает возможность создать оптимальные тепловые условия для плавления проволок и уменьшить интенсивность растворения тугоплавких микрочастиц TiB2, содержащихся в их наполнителе.
Исследованиями кинетики перехода частиц TiB2 из наполнителя ПП в металл капель, образующихся при ее расплавлении, установлено, что на начальном этапе плавления ПП происходит спекание наполнителя с расплавлением его объемов, не содержащих порошок TiB2 (рис. 2, а). По мере приближения к высокотемпературной области в шлаке объем жидкой фазы в наполнителе увеличивается, она пропитывает порошок TiB2, частицы которого располагаются преимущественно по границам расплавов (рис. 2, б, в). Накопление расплава приводит к формированию на торце проволоки капли, в которой частицы TiB2 под воздействием интенсивных гидродинамических течений достаточно равномерно распределяются по ее объему (рис. 2, г).
Рис. 2 - Микроструктуры характерных участков оплавленного торца ПП (а-г), содержащей 25 масс. % TiB2, и наплавленного
металла (д): 1 - ПП; 2 - шлак; 3 - металлическая капля.
8
Также выявлено, что при активном взаимодействии с металлическим расплавом электрохимическое растворение частиц TiB2 начинается уже на стадии формирования капли на торце проволоки. При переходе капель в металлическую ванну вследствие понижения температуры и интенсивности конвекции в ней скорость растворения частиц TiB2 замедляется. Нерастворившиеся частицы служат центрами кристаллизации, вокруг которых образуются крупные первичные кристаллиты других боридов и карбоборидов [3]. После кристаллизации расплава в металле формируется структура металлокерамики, армированной частицами TiB2 (рис. 2, д), с твердость 52-54 HRC и коэффициентом относительной износостойкости 9,2. Высокая износостойкость наплавленного покрытия обусловлена большим (до 92 об. %) объемным содержанием в нем твердых упрочняющих фаз, способствующих созданию гетерогенной структуры искусственного композита.
Выводы
Использование при ЭШН двухконтурной схемы электропитания ТПК и полых графитовых электродов постоянным током, а также электронейтральной ПП с порошком TiB2 в составе наполнителя обеспечивает бездефектное формирование на горизонтальной поверхности тонкого слоя наплавленного металлокерамического сплава, обладающего повышенной стойкостью к абразивному изнашиванию.
Литература
1. Электрошлаковая наплавка торцевых поверхностей изделий с использованием двухконтурной схемы питания шлаковой ванны / И.В. Зорин, Г.Н. Соколов, А.А. Артемьев, В.И. Лысак // Автоматическая сварка. - 2008. - № 1. - C. 12-16.
2. Формирование высокотемпературных областей в шлаке при электрошлаковой наплавке / И.В. Зорин, Г.Н. Соколов, А.А. Артемьев, В.И. Лысак // Сварка и диагностика. - 2009. - № 3. - C. 39-43.
3. Артемьев, А.А. Влияние микрочастиц диборида титана и наночастиц карбонитрида титана на структуру и свойства наплавленного металла / А.А. Артемьев, Г.Н. Соколов, В.И. Лысак // Металловедение и термическая обработка металлов. - 2011. -№ 12. - С. 32-37.
Белоглазов ИИ
Кандидат технических наук, национальный минерально-сырьевой университет «горный» СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЦЕССОВ НЕФТЕПЕРЕРАБОТКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
SCADA-СИСТЕМЫ GENESIS
Аннотация
В последние годы ускоренными темпами увеличивается потенциал российских компаний нефтегазового комплекса, появляются новые инвестиционные проекты по разведке и добыче углеводородов, расширяются рынки сбыта российской нефти и газа, совершенствуется и развивается трубопроводный транспорт, резервуарный парк хранилищ нефти, нефтепродуктов и сжиженного газа, ряд крупных компаний создают свой собственный транспортный флот, строятся новые порты по перевалке углеводородов.
Продукция нефтегазового комплекса должна быть конкурентоспособной на внутреннем и внешнем товарных рынках. В этой связи, как за рубежом, так и в России понимают необходимость использования современных технологий на различных уровнях управления и особенно на самом нижнем — уровне технологических процессов. Эффективное управление позволит повысить качество продукции и уменьшить общие затраты.
Многообразие современных технологий и средств автоматизации, сложность задач автоматизации ведут к неоднозначности в подходах к их решению. В этой статье рассмотрена технологическая схема АСУ ТП ректификации тарельчатых колонн на базе SCADA-системы GENESIS32.
В качестве экспериментальной базы была использована лабораторная установка тарельчатых ректификационных колонн объеденная с автоматизированной системой управления, так же включающий в себя систему пробоотбора и аналитическим оборудование, позволяющим производить полный анализ рабочих смесей.
Целью исследования была задача создания системы оптимального управления ректификацией с использованием математической модели процесса, полностью компенсирующей возмущающие воздействия и дальнейшее последующее моделирование процесса с использованием SCADA-системы на лабораторной установке.
Предложенный в статье метод управления процессом ректификации в колонне тарельчатого типа позволит своевременно обнаруживать нестандартные ситуации при работе системы и принимать необходимые меры по их нейтрализации, что в конечном итоге позволит улучшить качество продукта, увеличить производительность установки, сэкономить энергоресурсы.
Ключевые слова: Ректификация, SCADA-система, системы автоматического управления, оптимальное управление.
Beloglazov I.I
PhD in technical science, university of mines
IMPROVING PROCESS AUTOMATION SOLUTION FOR OIL AND GAS SCADA SYSTEM «GENSIS»
Abstract
In recent years rapidly increasing potential of Russian oil and gas companies, new investment projects for hydrocarbon exploration and production, expand markets for Russian oil and gas, improved and developed pipeline, tank farm storage of oil and liquefied natural gas, a number of large companies create its own transport fleet and building new ports for transshipment of hydrocarbons.
Production oil and gas industry must be competitive in domestic and foreign trade markets. In this regard, both abroad and in Russia understands the need to use modern technology at different management levels and especially at the lower - level processes. Effective management will improve product quality and reduce overall costs.
Diversity of modern technology and automation, the complexity of automation tasks lead to ambiguity in the approaches to their solution. This article examines the technological scheme APCS distillation tray columns based SCADA- system GENESIS32.As an experimental base was used laboratory setup Belleville distillation columns merged into an automated control system, also includes a system of sampling and analytical equipment, enabling them to complete the analysis of the working mixtures.
The aim of the study was the task of creating a system of optimal control rectification using a mathematical model of the process, fully compensating disturbances and further subsequent modeling process using SCADA- system in a laboratory setting.
The proposed control method in an article in the column distillation process poppet type will allow timely detection of non-standard situations in the system and take the necessary measures to neutralize them, which ultimately will improve product quality, increase plant productivity, save energy resources.
Keywords: Rectification, SCADA- system, automatic control systems, optimal control.
Введение
Автоматизация процесса ректификации представляет собой сложную практическую задачу вследствие большого числа различных взаимосвязанных параметров, со сложной и недостаточно изученной динамикой процесса. К тому же ректификационная колонна - объект управления со значительной инерционностью и временем запаздывания по каналам управления [1].
Сегодня значительно расширились возможности автоматизации, контроля и регулирования процесса ректификации. Использование контроллеров и SCADA-системы в качестве центрального управляющего органа позволяет учесть более широкий спектр технологических требований и повысить надежность поддержания оптимального технологического режима.
9
