Исследование и разработка новой технологии производства плоских слитков из алюминиевых сплавов 1ХХХ серии для фольгопрокатного производства
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ………………………………………………………………… 5
ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………… 6
ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА В ОБЛАСТИ ИССЛЕДОВАНИЙ
ПРОЦЕССА ПЛАВКИ И ЛИТЬЯ ПЛОСКИХ СЛИТКОВ
ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ 1ХХХ СЕРИИ ДЛЯ ФОЛЬГО-
ПРОКАТНОГО ПРОИЗВОДСТВА…………………………………………………. 12
1.1 Современные тенденции развития производства плоских слитков
из алюминиевых сплавов для фольгопрокатного производства…… 12
1.2 Анализ качества плоских слитков из алюминиевых сплавов
1ХХХ серии для фольгопрокатного производства ………………….. 31
1.3 Анализ современных методов компьютерного моделирования
процессов литья ………………………………………………………………………… 43
1.4 Выводы и постановка цели и задач диссертационного
исследования…………………………………………………………… 45
ГЛАВА 2 МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА СЛИТКОВ
ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ 1ХХХ СЕРИИ……………………………. 47
2.1 Методика проведения плавки и схема отбора образцов
от слитков из сплавов 1ХХХ серии ……………………………………….. 47
2.2 Методика проведения металлографических исследований сплавов
1ХХХ серии……………………………………………………………. 54
2.3 Методика исследования деформируемости и определения
механических свойств литых и деформированных полуфабрикатов
из слитков 1ХХХ серии…………………………………………………………………… 63
2.4 Выводы…………..…………………………………………………. 68
ГЛАВА 3 АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
ПРОЦЕССА ЛИТЬЯ ПЛОСКИХ СЛИТКОВ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ
СПЛАВОВ 1ХХХ СЕРИИ НА КАЧЕСТВО ПРОДУКЦИИ……………………. 69
3.1 Исследование влияния химического состава на образование
крупнокристаллической структуры слитков из алюминиевых сплавов
1ХХХ серии ……………………………………………………………………… 69
3.2 Исследование влияния теплофизических параметров литья
и кристаллизации на образование дефектов в виде «плавающих»
кристаллов, «веерной» и «fir tree» структуры…………………………………… 79
3.3 Выводы………………………………………………………………….. 94
ГЛАВА 4 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА МОДИФИЦИРОВАНИЯ
СЛИТКОВ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ 1ХХХ СЕРИИ……………… 96
4.1 Анализ технологии приготовления расплавов в миксере
при производстве слитков из алюминиевых сплавов 1050
и 1200……………………………………………………………………………………………… 96
4.2 Экспериментальные исследования деформируемости и свойств
образцов алюминиевого сплава 1050…………………………………………… 115
4.3 Компьютерное моделирование распределения интерметаллидов
при модифицировании алюминиевого сплава 1ХХХ серии
на литейной машине ……………………………………………………………….. 124
4.4 Компьютерное моделирование процесса растворения лигатурного
прутка AlTi5B1 в системе литейных желобов ………………………….. 128
4.5 Исследование качества модифицирующих лигатур системы
Al-Ti-B, используемых в производстве плоских слитках
из алюминиевых сплавов 1ХХХ серии ……………………………………. 133
4.6 Выводы……………………………………………………………………………… 138
ГЛАВА 5 НОВЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ
В ОБЛАСТИ ПРОИЗВОДСТВА ПЛОСКИХ СЛИТКОВ
ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ 1ХХХ СЕРИИ ………………………. 140
5.1 Разработка и внедрение технологии производства плоских
слитков из алюминиевых сплавов 1ХХХ серии
для фольгопрокатного производства, исключающих появление
дефектов в виде «плавающих» кристаллов, «веерной» и «fir tree»
структуры ………………………………………………………………………………. 140
5.2 Новые технические решения в области производства слитков
из алюминиевых сплавов…………………………………………………………. 148
5.3 Выводы……………………………………………………………. 156
ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………… 157
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ…………………………… 159
ПРИЛОЖЕНИЕ А…………………………………………………………… 170
ПРИЛОЖЕНИЕ Б…………………………………………………………… 185
ПРИЛОЖЕНИЕ В…………………………………………………………… 202
ПРИЛОЖЕНИЕ Г…………………………………………………………… 205
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
БП – бесслитковая прокатка
КС – кристаллизатор скольжения
ЭМК – электромагнитный кристаллизатор
FTS – структура Fir-Tree («ёлочная структура»)
ВС – веерная структура
ПКС – плавающие кристаллы в структуре
ОМД – обработка металлов давлением
ЭМП – электромагнитное перемешивание
В настоящее время развитие научно-технического прогресса в алюминие-
вом производстве происходит в условиях жесткой конкурентной борьбы на ми-
ровом рынке, основными требованиями которого является неуклонное повы-
шение эффективности конечной продукции. Одним из главных направлений
развития металлургической промышленности России на период до 2020 года
является обеспечение растущего спроса на металлопродукцию на основе уско-
ренного инновационного обновления отрасли, повышения ее экономической
эффективности, экологической безопасности, ресурсо- и энергосбережения,
конкурентоспособности продукции, импортозамещения и сырьевого обеспече-
ния [1]. Данная задача решается повышением производительности и качества
продукции за счет совершенствования действующих или создания новых тех-
нологических процессов. Для России данная задача усложняется тем, что цвет-
ная металлургия, в том числе и литейное производство в основном развивается
на базе импортируемых технологий, материалов и оборудования. Поэтому для
производства конкурентоспособной продукции требуется организация специ-
альной подготовки и переобучения специалистов на качественно более высо-
ком уровне, а, главное, проведение дополнительных исследований для адапта-
ции импортного производства к Российским условиям.
В условиях действующего кризиса в металлургии главным вектором раз-
вития алюминиевой отрасли в последнее время стала тенденция увеличения в
общей структуре производства продуктов высокого уровня обработки, где са-
мым востребованным продуктом на мировом рынке потребления алюминия яв-
ляются алюминиевые сплавы, позволяющие создавать продукт (слитки, прокат,
профили, упаковочные материалы), свойства которого полностью отвечают за-
просам конечного потребителя. Лидер Российской алюминиевой отрасли ОК
РУСАЛ (UC RUSAL) активно развивает литейное производство и планирует
довести долю сплавов до 75 % в общем объеме выпуска продукции. Одним из
перспективных проектов этого направления является производство плоских
слитков из алюминиевых сплавов 1ХХХ серии для фольгопрокатного произ-
водства. Однако существующие технологии данного производства не обеспечи-
вают стабильного получения качественных характеристик по внутреннему
строению этих слитков. Поэтому разработка научно-обоснованных технических
и технологических решений для обеспечения требуемого уровня качества плос-
ких слитков из алюминиевых сплавов 1ХХХ серии для фольгопрокатного про-
изводства, несомненно, является актуальной научно-технической проблемой.
Актуальность работы подтверждается тем, что она выполнялась в рамках Феде-
ральной программы «Стратегия развития цветной металлургии России на 2014-
2020 годы и на перспективу до 2030 года», разработанной в соответствии с по-
ручением Правительства Российской Федерации от 16 июля 2013 г. N ДМ-П9-
53пр.
Благодаря исследованиям отечественных и зарубежных ученых таких, как
М.Б. Альтман, В.А. Андерсон, В.Г. Бабкин, Г.Ф. Баландин, А.И. Батышев, К.А.
Батышев, А.Ф. Белов, В.Д. Белов, Н.А. Белов, А.И. Беляев, В.С. Биронт, А.А.
Бочвар, И.Г. Бродова, А.И. Вейник, С.М. Воронов, И.Е. Горшков, Б.Б. Гуляев,
В.Б. Деев, В.И. Добаткин, В.И. Елагин, В.М. Замятин, Е.Д. Захаров, В.В. Заха-
ров, В.С. Золоторевский, В.А. Кечин, Б.А. Колачев, Г.Г. Крушенко, Б.А. Кула-
ков, В.А. Ливанов, Д.П. Ловцов, М.В.Мальцев, Л.И. Мамина, С.В. Махов, Л.Ф.
Мондольфо, Р.К. Мысик, В.И. Напалков, Б.М. Немененок, В.И. Никитин, К.В.
Никитин, М.Ф. Никитина, И.И. Новиков, В.К. Портной, Ри Хосен, И.Ф. Селя-
нин, А.Н. Соколов, А.Г. Спасский, Ю.А. Филатов, И.Н. Фридляндер, М.В. Ша-
ров, Г.И. Эскин Д.Г. Эскин и др. разработаны научные основы плавки, кристал-
лизации цветных металлов и сплавов, внесен существенный вклад в дальней-
шее развитие теории и технологии литейного производства, что явилось науч-
ной базой при проведении исследований в настоящей работе для обоснования и
дальнейшего совершенствования технологии плавки и литья плоских слитков
из алюминиевых сплавов [96-101].
Объектом исследований в работе являются технологические процессы и
оборудование для производства плоских слитков из алюминиевых сплавов
1ХХХ серии, в частности 1050, 1100 и 1200.
Целью диссертационной работы является разработка комплекса новых
технических и технологических решений, обеспечивающих повышение каче-
ства плоских слитков из алюминиевого сплава 1ХХХ серии для фольгопрокат-
ного производства.
Для достижения данной цели были сформулированы и решены сле-
дующие задачи:
1) Исследован механизм возникновения дефектов в плоских слитках из
алюминиевых сплавов 1ХХХ серии вида «fir tree» или «елочная» структура
(FTS), «веерная» структура (ВС) и плавающих кристаллов структуры (ПКС);
2) Изучено комплексное влияние легирующих компонентов и примесей в
составе алюминиевых сплавов 1ХХХ серии на качество слитков;
3) Проанализировано влияние теплофизических параметров плавки, литья
и кристаллизации на образования дефектов в плоских слитках из алюминиевых
сплавов 1ХХХ серии;
4) Созданы компьютерные модели растворения лигатурного прутка
AlTi5B1 в системе литейных желобов и распределения интерметаллидов в
слитках при модифицировании алюминиевого сплава 1ХХХ серии;
5) Разработан комплекс новых технических и технологических решений,
обеспечивающих повышение эффективности литья слитков из алюминиевых
сплавов.
В работе получены следующие результаты, отличающиеся научной но-
визной:
1) На основе обобщения экспериментального материала, полученного
непосредственно в промышленных условиях, были установлены следующие за-
кономерности для возникновения дефекта FTS:
– при соотношения концентраций содержания железа и кремния
1,5
1. На основе теоретических и экспериментальных исследований
разработан технологический регламент на производство плоских слитков серии
1ХХХ.
2. Металлографическими исследованиями с учетом диаграмм Al-Fe, Al-Si,
Al-Fe-Si показано появления дефектов в виде ПКС, ВС и FTS при
кристаллизации слитков из алюминиевых сплавов серии 1ХХХ связана с
условиями образования метастабильных Al6Fe, AlmFe и стабильной Al3Fe фаз.
3. На основе обобщения экспериментального материала рассмотрен
механизм и установлены следующие закономерности для возникновения
дефекта FTS:
– при соотношения концентраций содержания железа и кремния
1,5
Читать «Исследование и разработка новой технологии производства плоских слитков из алюминиевых сплавов 1ХХХ серии для фольгопрокатного производства»
Помогаем с подготовкой сопроводительных документов
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
5 (174 отзыва)
4.9 (35 отзывов)
5 (18 отзывов)
4.6 (522 отзыва)
4.8 (105 отзывов)
4.8 (211 отзывов)
4.5 (80 отзывов)
5 (428 отзывов)
5 (49 отзывов)
