Расчет параметров брикета для легирования алюминиевого сплава Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 669

Д.Н. Первухина

аспирант кафедры Обработка металлов давлением

Ю.Н. Логинов

д.т.н., профессор кафедры Обработка металлов давлением ФГАОУ ВПО «УрФУ имени первого Президента России Б.Н.Ельцина»

г. Екатеринбург, Российская Федерация

Н.А. Бабайлов

к.т.н., ведущий инженер, Институт машиноведения, г. Екатеринбург, Российская Федерация

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ БРИКЕТА ДЛЯ ЛЕГИРОВАНИЯ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА

Аннотация:

В работе представлен расчет содержания основных компонентов (алюминия и меди) в металлургическом брикете, получаемом из отходов алюминиевого производства (стружки, обрези и др.) для выплавки товарного алюминиевого сплава Д16. Для гарантированного погружения брикета под поверхность расплава металла в брикет добавляется кусковая медь (для увеличения плотности брикета). В работе выполнен учет влияния сил поверхностного натяжения при погружении брикетов в металлический расплав.

Ключевые слова:

Брикет металлургический, стружка, алюминиевый сплав, расплав металла Метод брикетирования [1] позволяет подготовить шихтовые материалы, в том числе отходы металлургического производства [2] к переплаву.

Целью работы является выполнение расчетов для получения брикета при выплавке алюминиевого сплава Д16 с плотностью выше, чем плотность расплава металла в плавильной печи. Для увеличения плотности в формируемый брикет добавляется кусковая (компактная) медь. В задаче необходимо определить массу кусковой меди добавляемой в стружку сплава Д16, а также процентное содержание меди в получаемом брикете для его дальнейшего переплава.

Содержание меди в алюминиевом сплаве Д16 по ГОСТ 4784-97 составляет 3,8 ^ 4,5%. Принята

* *

плотность алюминиевого сплава Д16 - рД16=2780 кг/м3; плотность меди - рСи =8930 кг/м3. Верхний

индекс у представленных параметров в виде (*) показывает, что этот параметр относится к компактным металлам и сплавам.

Рассматриваемый в работе брикет для выплавки алюминиевого сплава состоит из стружки сплава Д16 и кусковой (компактной) меди. Масса брикета, используемого для выплавки товарного сплава, будет равна:

* / \ *

тбр = тД16 + тСи = \тА1 + тСи ) + тСи О)

*

где т д 16 - масса отходов (стружки) сплава Д16, которая идет на формирование брикета; Мси —

масса кусковой меди, вводимой в брикете; т.А1 — масса алюминия в стружке сплава Д16; т^ — масса меди в стружке сплава Д16.

Объем брикета определяется по формуле:

^р = ^ 16 + Ки (2)

или

тбр Рбр = тСи РСи + тД 16 РД^ (3)

где Vд 16 - объем отходов (стружки) Д16 в брикете; VCu - объем кусковой меди в шихте; рбр -плотность брикета; р д 16 - плотность отходов сплава Д16 в брикете.

_ * /

Получим из уравнения (3) плотность брикета с учетом доли кусковой меди в брикете т — т^и т^

Рбр = m PCu + (l - m)Р'РД 1

(4)

где т — доля кусковой меди в брикете, 0 < т < 1; р - относительная плотность отходов (стружки)

сплава Д16 в брикете, р — Рд1б/РД16 , 0 < р ^ 1.

Очевидно, что плотность брикета является функцией от безразмерных параметров доли кусковой меди в брикете т и относительной плотности р стружки сплава Д16 после брикетирования.

Для оценки влияния сил поверхностного натяжения расплава жидкого алюминия на погружение брикета в расплав определим силы, действующие на брикет, помещенный в ванну плавильной печи. Схема действия на брикет сил приведена на рис.1. С учетом условия смачивания (или несмачивания) поверхности брикета жидким алюминием условие погружения брикета в расплав будет иметь вид:

Р > ± Р (5)

где Р - вес брикета; Ра - сила Архимеда; Рп - сила поверхностного натяжения.

F=mg

жидкии алюминии

F=mg

жидкии алюминии

Рисунок 1 - Схема погружения брикета в расплав металла: а - при условии несмачивания; б - при условии полного смачивания; в - при полном погружении брикета в расплав

При рассмотрении процесса расплавления брикета можно выделить две стадии процесса погружения брикета в расплав алюминия: стадия I - брикет плавает на поверхности жидкого расплава алюминия; стадия II - брикет находится под поверхностью жидкого расплава алюминия. Очевидно, что сила, препятствующая погружению брикета в расплав алюминия, будет максимальной при отсутствии смачивания (знак + в уравнении (6)) и глубине погружения брикета, равной высоте брикета (h — Н ), как показано на схеме по рис. 1, а. Целью увеличения плотности брикета является достижение стадии II, когда брикет тонет.

Составляющие уравнения (6) определяются по формулам:

вес брикета -

Р — тбр ■ §;

сила выталкивания брикета из расплава (сила Архимеда) -РА —Рж(0)' \р ■ §,

• сила поверхностного натяжения

Fn = о(0)- Рбр,

(6)

(7)

в

где g - ускорение свободного падения, g =9,81 м/с2; рж (б) - плотность расплавленного

алюминиевого сплава, которая является функцией температуры расплава 0 [1]; о(б) - коэффициент

поверхностного натяжения, который также является функцией температуры расплава 0 [3]; Рбр -

периметр получаемого брикета.

Следовательно, уравнение (5) примет следующий вид

Рбр• Убр • § Ь рж©• Убр • §± ^(0)-рбр. (9)

После деления левой и правой части уравнения (10) на сомножитель ^р ■ § получим следующее выражение:

Рбр Ь рж (0)±(с(0)- Рбр ^бр ■ §). (10)

Рассмотрим случай получения металлургических брикетов простейшей формы, т.е. брикета в виде параллелепипеда, например, куба со сторонами, равными а . Периметр смачивания и объем брикета в этом

случае будут соответственно равны: Рбр = 4 • а и Убр = а3. Тогда

4 • д(0)

Рбр ^ Р™(ö)±

a 2 g

(11)

Результаты расчета могут быть получены при совместном решении уравнений (4) и (11). Очевидно, что содержание меди в металлургическом брикете для выплавки алюминиевого сплава Д16 зависит от следующих параметров: относительной плотности стружки в брикете р , температуры расплава металла 0 в печи, которая влияет на плотность и поверхностное натяжение расплава, а также формы и размеров брикета.

Расчет плотности брикета выполнен для температуры расплава равной 0 =750°С. На рис.2 приведена линия раздела между двумя областями, которая соответствует значению относительного параметра Р бр IР ж (0)=1. Эта линия показывает области возможных изменений содержаний стружки Д16 и кусковой меди, при которых брикет тонет или плавает на поверхности расплава.

0,3 5

Ер >икет ■ тоне г

Ьр - икет - глава - ет на ло®ерхно( М'И

0,2

ОД

0,0

О ОД ОД ОгЗ О А 0,5 0,6 0,7 Ог8 0,9

Плотность стружки к брикете р

Рисунок 2 - Плотность брикета в зависимости от относительной плотности стружки в брикете р и

содержания кусковой меди т

Далее выполнена оценка влияния параметра Рбр !^бр из уравнения (10) на плотность брикета. При

одинаковом объеме брикета влияние этого параметра для некоторых форм брикетов можно оценить, используя отношение плотностей рбр/ р ж (0) (показано на рис.3), которое составляет до 14%. При этом

параметр Рбр!Убр зависит от формы и размера брикета (например, характерного размера):

119

• куб со сторонами а х а х а (высотахширинахдлина) - Р6р^бр =4/а2;

• параллелепипед со сторонами а х 0,5а х 2а - Рбр^6р =5/а2;

• параллелепипед со сторонами 0,5а х 0,5а х 4а - Рбр^6р =9/а2.

Рисунок 3 - Отношение ^ ^р (0) в зависимости от размера брикета а :

1 - брикет в форме куба со стороной а х а х а; 2 - брикет в форме параллелепипеда со сторонами

0,5а х 0,5а х 4а

Содержание меди (в процентах) в металлургическом брикете зависит от ее массы, добавляемой в шихтовку в виде кусковой меди и определяется по формуле:

[%Cu ] =

* (тбр - m'cu И%Си]Д

^Cu ^ Cu 100%

100% :

(12)

где [си %]Д16 - среднее содержание меди в сплаве Д16, [си %]Д16=4,15%.

Процентное содержание меди может быть определено по формуле (12) с учетом преобразований:

[%Си ] — т -100% + (1 - т )• [%Си]Д16. (13)

Для условия погружения брикета в расплав алюминиевого сплава доля меди в брикете т — f (р) является функцией от относительной плотности стружки в брикете. Зависимость процентного содержания меди в брикете [%Си] от относительной плотности р (при значении относительного параметра ^ ^ (0)

=1) приведена на рис.4.

0,2 0,4 0,6 0,8

Относительная плотность р

Рисунок 4 - Содержание меди в брикете в зависимости от относительной плотности р (для формы брикета в виде куба)

Выводы: Определена плотность брикета для выплавки алюминиевого сплава Д16, состоящего из

стружки самого сплава и кусковой меди с целью погружения брикета под поверхность расплава металла в

120

m

бр

печи и его интенсивного окисления. Выполнен учет сил поверхностного натяжения расплавленного металла в зависимости от температуры и формы брикета. Отмечено, что влияние поверхностного натяжения следует учитывать при введении утяжеляющих добавок в брикеты. Список использованной литературы:

1. Логинов Ю.Н. Буркин С.П., Бабайлов Н.А. Полянский Л.И. Механика валкового брикетирования сыпучих материалов. Екатеринбург: АМБ. 2011. 304с.

2. Логинов Ю.Н., Бабайлов Н.А., Буркин С.П. Объемные деформации при валковом брикетировании отходов металлургического производства. Металлы. 2000. № 1. С. 48-52.

3. Алюминий: свойства и физическое металловедение: Справочное издание. Пер. с англ. / Под ред. Хетча Дж. Е. М.: Металлургия, 1989. 422 с.

© Д.Н. Первухина, Ю.Н. Логинов, Н.А. Бабайлов, 2015

УДК 621.391

С.И. Белинская, К. ф.-м. н., доцент, факультет «Управление на транспорте и информационные технологии», Иркутский государственный университет путей сообщения

И.А. Панов, магистрант, Физико-технический институт, Иркутский национальный исследовательский технический университет

А.В. Петров

магистрант, Институт кибернетики им Е.И. Попова, Иркутский национальный исследовательский технический университет

г. Иркутск, Российская Федерация

ОСОБЕННОСТИ ПЛАНИРОВАНИЯ СЕТЕЙ ШИРОКОПОЛОСНОГО ДОСТУПА ETTH

Аннотация

Описаны особенности планирования сетей широкополосного доступа, выполненных по технологии ETTH. Рассмотрены архитектура сетей, требования к оптической сети, требования к построению уровней доступа и распределения, требования к помещениям для размещения узлов сети.

Ключевые слова

Широкополосный доступ, технологии широкополосного доступа, сети широкополосного доступа,

Ethernet, ETTH.

В последние годы Ethernet достиг абсолютного доминирования в локальных и кампусных сетях. На сегодняшний момент среди всех операторов связи для организации доступа в интернет лидирует технология ETTH (Ethernet To The Home) позволяющая передавать данные абоненту на скоростях от 100 Мбит/с до 1 Гбит/c.

Строительство сетей по технологии ETTH рассматривается как один из перспективных подходов к построению сетей доступа. Преимущество сетей ETTH в том, что они используются не только для предоставления доступа в Интернет, но и для большого количества традиционных услуг, таких как построение корпоративных сетей, передача голоса и видео. В настоящее время возникла необходимость предоставления услуг со скоростью доступа 25 Мбит/с и более. Особенно требуется увеличение скорости для пользователей услуг IP-TV для обеспечения возможности просмотра телевизионных программ высокого разрешения HD.

Целью данной статьи является обзор архитектуры и особенностей планирования строительства сетей широкополосного доступа (ШПД) по технологии ETTH.

При проектировании и строительстве сети доступа по технологии ETTH применяют топологию