×
20.11.2014
216.013.0848

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА НАНОСТРУКТУРИРОВАННОГО НАУГЛЕРОЖИВАТЕЛЯ ДЛЯ НАУГЛЕРОЖИВАНИЯ ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ

Вид РИД

Изобретение

№ охранного документа
0002533521
Дата охранного документа
20.11.2014
Аннотация: Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при обработке чугуна. Способ включает анализ компонентов исходного углеродсодержащего сырья по фракционному и химическому составу, дозирование, промывку потоком воды, сушку и дробление до фракции 0,1…30,0 мм. После дробления состав подвергают высокому удельному давлению до 20 ГПа и осуществляют высокотемпературный нагрев при 500…1500°С в восстановительной среде в течение 5…20 минут. Затем следует плавное охлаждение и рассев по фракциям. Далее проводят высокотемпературный нагрев при 1800…2500°С с последующей выдержкой и принудительным охлаждением со скоростью 1,5…3,0 градуса в минуту до комнатной температуры с образованием наноструктур графита до 100 нм на частицах науглероживателя, который упаковывают во влагонепроницаемую тару. Изобретение позволяет обеспечить высокую степень усвоения углерода и равномерное распределение графитовой фазы в металлической матрице чугунного литья за счет наличия наноструктур графита, и повышение физико-механических свойств, таких как предел прочности при растяжении, относительное удлинение и твердость. 1 табл.
Основные результаты: Способ производства наноструктурированного науглероживателя для науглероживания высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, характеризующийся тем, что проводят анализ компонентов исходного углеродсодержащего сырья по фракционному и химическому составу, дозирование, промывку потоком воды, сушку и дробление до фракции 0,1…30,0 мм, после дробления углеродсодержащие компоненты подвергают высокому удельному давлению до 20 ГПа и первому высокотемпературному нагреву в восстановительной среде при температуре 500…1500°C в течение 5…20 минут, далее плавно охлаждают и рассеивают по фракциям, после чего подвергают второму высокотемпературному нагреву в восстановительной среде при температуре 1800…2500°C с последующей выдержкой и принудительным охлаждением со скоростью 1,5…3,0 градуса в минуту до комнатной температуры с образованием наноструктур графита до 100 нм на частицах науглероживателя, который упаковывают во влагонепроницаемую тару.

Изобретение относится к металлургии, к литейному производству, к переработке чугуна, к обработке в расплавленном состоянии железоуглеродистых сплавов, а именно, к способам производства наноструктурированного науглероживателя высокопрочного чугуна с шаровидным графитом в плавильных агрегатах.

Существует ряд способов производства науглероживателей для черной металлургии.

Известен способ приготовления науглероживающего реагента для производства стали (патент RU №767216), включающий смешивание в барабане металлической стружки и пирокарбоната, формирование частиц размером 15…20 мм, осуществляющее окомкование дисперсного металлосодержащего компонента в смеси с углеродсодержащим компонентом и связующим, например жидким стеклом или крахмалом. При этом отношение удельных весов металл- и углеродсодержащих компонентов составляет 3…10.

Недостатками известного способа являются пониженное содержание углерода и низкая прочность частиц науглероживателя, предназначенных для разового перемещения, при использовании в составе завалки шихты. Кроме того, неизбежные многократные транспортные пересыпания при использовании для точного легирования в процессе внепечной обработки приводят к излишнему измельчению частиц и повышенному охлаждению расплава.

Также известен способ производства науглероживателя для легирования стали углеродом в вакуумных установках (патент PL №76738), включающий подачу в смеситель порошкообразного углеродного материала, 2% крахмала и 10% воды, их смешивание, формование частиц науглероживателя путем прессования смеси в гранулы произвольной формы диаметром 3…10 мм и дальнейшую сушку.

Недостатками известного способа являются низкое усвоение углерода и недостаточная точность обработки, обусловленная слабой механической прочностью гранул в процессе транспортировки и применения, а следовательно, наличие трудноучитываемых потерь науглероживателя.

Также известен способ производства науглероживателя для легированной стали углеродом в вакуумных установках (патент RU №2073728), включающий подачу в смеситель порошкообразного углеродсодержащего материала одновременно с крахмалом и водой в виде коллоидного раствора, непрерывное помешивание компонентов смеси, формование частиц и их сушку, при этом в образующейся пастообразной смеси массовое соотношение углеродсодержащего материала, крахмала и воды составляет (50-60):(4:3):(46-37) соответственно.

Однако использование в данном способе таких веществ, как коллоидный раствор на основе эмульсии крахмала в воде и древесные опилки при изготовлении пастообразной смеси с последующим формообразованием в виде полуцилиндров, позволяет использовать науглероживатель только в вакуумных установках, что значительно снижает область применения науглероживателя.

Также известен способ производства науглероживателя, применяемый фирмой Desulco for foundries (Германия). Известный способ включает следующие операции:

- тестирование сырьевых материалов;

- дробление;

- рассев с последующим анализом на соответствие химическому составу, чистоте и фракционному размеру;

- высокотемпературный отжиг при температуре свыше 2300°C;

- упаковка науглероживателя.

Недостаток способа заключается в высокотемпературном нагреве науглероживателя без временного регулирования и скорости последующего охлаждения материала. Без приложения удельного давления на углеродсодержащий материал не обеспечивается образование наноструктурированных частиц углерода, что снижает эффективность обработки науглероживателем высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. По этой причине использование науглероживающего материала, полученного известным способом, является менее эффективным и ограничено для практического применения.

Заявляемое изобретение направлено на получение наноструктурированного науглероживателя, повышающего физико-механические свойства высокопрочного чугуна с шаровидным графитом.

Для этого в способе производства наноструктурированного науглероживателя для науглероживания высокопрочного чугуна с шаровидным графитом проводят анализ компонентов исходного углеродсодержащего сырья по фракционному и химическому составу, дозирование, промывку потоком воды, сушку, дробление до фракции 0,1…30,0 мм, после дробления углеродсодержащие компоненты подвергают высокому удельному давлению до 20 ГПа и осуществляют первый высокотемпературный нагрев в восстановительной среде при температуре 500…1500°C в течение 5…20 минут, далее плавно охлаждают, рассеивают по фракциям, после чего подвергают второму высокотемпературному нагреву в восстановительной среде при температуре 1800…2500°C с последующей выдержкой и принудительным охлаждением со скоростью 1,5…3,0 градуса в минуту до комнатной температуры с образованием наноструктур графита до 100 нм на частицах науглероживателя и его последующую упаковку во влагонепроницаемую тару.

В качестве сырья в заявляемом способе производства наноструктурированного науглероживателя для науглероживания высокопрочного чугуна с шаровидным графитом используют традиционные материалы: антрацит, графитовый лом, электродный бой, графитовую стружку и другие углеродсодержащие компоненты.

До поступления сырья в производство проводят анализ химического состава и фрикционного размера каждого из видов исходных материалов. На основании проведенного анализа составляют дозировку каждого материала по имеющейся рецептуре, таким образом, чтобы общее содержание углерода составляло не менее 85%. Затем сырьевые компоненты подвергают промывке потоком воды под высоким давлением для уменьшения содержания зольного остатка и дальнейшему удалению влаги путем сушки в сушильном барабане при температуре 100…120°C.

После проведения подготовки сырья, материалы подвергают дроблению при помощи молотковой дробилки до фракции 0,1…30,0 мм. При фракции, размером до 0,1 мм частички науглероживателя затрудняют последующий ввод в расплав, а материалы фракцией свыше 30,0 мм ухудшают растворимость в расплаве.

Затем по конвейеру сырье проходит через реактор, подвергаясь высокому удельному давлению до 20 ГПа. Высокое удельное давление позволяет разрушить слабые Ван-дер-Ваальсовые связи между пластинами графита и подготовить материалы для последующих температурных обработок. При давлении ниже 20 ГПа не разрушаются Ван-дер-Ваальсовые связи между пластинами графита.

После реактора углеродсодержащий материал подвергают первому этапу высокотемпературного нагрева в восстановительной среде при температуре 500…1500°C в течение 5…20 минут для удаления различных примесей и летучих веществ. При температуре менее 500°C не происходит полного удаления примесей и летучих веществ; при температуре свыше 1500°C возникают термические напряжения, препятствующие закреплению наноструктур графита на гранях науглероживателя.

Времени нагрева менее 5 минут не достаточно для удаления летучих веществ и примесей; свыше 20 минут греть нецелесообразно, так как удаление летучих веществ и примесей завершено.

Далее происходит плавное охлаждение углеродсодержащего материала и рассев по фракциям.

Повторный рассев углеродсодержащего материала по фракциям между первым и вторым высокотемпературным нагревом производят с целью изолирования частичек науглероживателя фракцией менее 0,1 мм, которые могут образоваться после первого этапа высокотемпературного нагрева. В результате повторного рассева фракция выше верхнего предела подвергается дополнительному измельчению и рассеву, а фракция ниже нижнего уровня собирается отдельно и подвергается сухому гранулированию в рамках требуемых фракций для дальнейшего использования в качестве науглероживателя высокопрочного чугуна.

Далее материал подвергают второму этапу высокотемпературного нагрева при температуре 1800…2500°C в специальных печных агрегатах в восстановительной среде с последующей выдержкой и принудительным охлаждением со скоростью 1,5…3,0 градуса в минуту до комнатной температуры.

При температуре ниже 1800°C не происходит образования нанокластеров графита из отдельных наноструктур. Нагревать же выше температуры 2500°C нецелесообразно из-за больших энергозатрат.

Скорость охлаждения менее 1,5 градусов в минуту снижает производительность процесса; более 3,0 градусов в минуту приводит к напряжениям в структуре науглероживателя.

В результате происходит образование наноструктур графита с параметрами до 100 нм, которые представляют собой нанокластеры графита с гексагональной решеткой. При этом нанокластерные частицы графита находятся на углеграфитовом макроносителе - частицах науглероживателя. Качество науглероживателя проверяют по основным параметрам:

1. Внешний вид - сыпучий материал черного цвета, блестящий, без комков и посторонних включений.

2. Ситовый (гранулометрический) состав.

3. Химический состав.

4. Наличие наноструктурированного графита (до 100 нм).

В производстве чугунного литья ОАО «КАМА3-Металлургия» проходили испытания науглероживателей, произведенных заявляемым и известным способом, выбранным в качестве прототипа.

Результаты сравнительных характеристик науглероживателей приведены в таблице 1.

По таблице сравнительных данных очевидно, что науглероживатель, полученный заявляемым способом, отличается более высокой степенью усвоения углерода в жидком расплаве металла на всех уровнях: 97-99% против 95%, равномерным зарождением центров кристаллизации графитных включений в чугуне: 250-400 на мм2 против 200, отсутствием внесения вредных примесей и газов в расплав металла, более низкой температурой усвоения 1350-1450°C против 1500°C, а также наличием наноструктур на всех уровнях.

Способ производства наноструктурированного науглероживателя для науглероживания высокопрочного чугуна с шаровидным графитом обеспечивает производство наноструктурированного науглероживателя с высоким содержанием углерода.

Заявляемое техническое решение в сравнении с известными обеспечивает

- более высокую степень усвоения углерода и равномерное распределение графитной фазы в металлической матрице чугунного литья за счет наличия наноструктур графита;

- повышение физико-механических свойств (таких как предел прочности при растяжении, относительное удлинение и твердость) в высокопрочном чугуне, полученном из исходного расплава, обусловлено также наличием наноструктур графита.

Способ производства наноструктурированного науглероживателя для науглероживания высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, характеризующийся тем, что проводят анализ компонентов исходного углеродсодержащего сырья по фракционному и химическому составу, дозирование, промывку потоком воды, сушку и дробление до фракции 0,1…30,0 мм, после дробления углеродсодержащие компоненты подвергают высокому удельному давлению до 20 ГПа и первому высокотемпературному нагреву в восстановительной среде при температуре 500…1500°C в течение 5…20 минут, далее плавно охлаждают и рассеивают по фракциям, после чего подвергают второму высокотемпературному нагреву в восстановительной среде при температуре 1800…2500°C с последующей выдержкой и принудительным охлаждением со скоростью 1,5…3,0 градуса в минуту до комнатной температуры с образованием наноструктур графита до 100 нм на частицах науглероживателя, который упаковывают во влагонепроницаемую тару.
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 31-40 из 41.
19.04.2019
№219.017.2e80

Способ обработки режущей части фрез

Изобретение относится к области инструментального производства, изготовлению угловых фрез. Способ включает позиционирование оси заготовки в пространстве, позиционирование заготовки в пространстве с помощью делительной головки и образование стружечных канавок путем относительного перемещения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002319583
Дата охранного документа: 20.03.2008
18.05.2019
№219.017.54e9

Адаптивная гидропневматическая опора

Изобретение относится к машиностроению, а именно к средствам для гашения колебаний элементов различных конструкций, в частности силовых агрегатов. Адаптивная гидропневматическая опора содержит полый корпус, состоящий из боковой части 1 и штока 2, соединенных эластомерным элементом 3, и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002290548
Дата охранного документа: 27.12.2006
18.05.2019
№219.017.54ed

Пневмогидравлическая подвеска транспортного средства

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, а именно к пневмогидравлическим подвескам грузовых автомобилей. Пневмогидравлическая подвеска транспортного средства содержит пневмогидравлическую рессору с основным цилиндром, в котором установлен поршень с полым штоком, образующим...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002290324
Дата охранного документа: 27.12.2006
18.05.2019
№219.017.5562

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при производстве коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания. Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания содержит шатунные шейки 2, коренные шейки 1 и соединяющие их щеки 3 с переходом от шатунной к коренной шейке по...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02238445
Дата охранного документа: 20.10.2004
18.05.2019
№219.017.5b25

Модуль вспомогательного оборудования

Изобретение относится к транспортному машиностроению, а именно к устанавливаемой на раме пространственной модульной конструкции для размещения агрегатов автомобиля. Модуль вспомогательного оборудования выполнен в виде пространственной конструкции, в которой вертикальные стойки соединены...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002440911
Дата охранного документа: 27.01.2012
29.05.2019
№219.017.6ac7

Способ ремонта упрочненных индукционной закалкой коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания

Изобретение относится к ремонтному производству и может быть использовано при ремонте коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания, например, автомобилей КАМАЗ. Коленчатые валы подвергают отпуску для обеспечения перехода материала упрочненного индукционной закалкой слоя в состояние основной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02158191
Дата охранного документа: 27.10.2000
09.06.2019
№219.017.78e7

Подвеска колеса транспортного средства

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к подвескам колес, и может быть использовано при создании грузовых и легковых автомобилей, а также специальных транспортных средств. Подвеска колеса транспортного средства содержит верхний и нижний поперечные направляющие рычаги, которые...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02212343
Дата охранного документа: 20.09.2003
19.06.2019
№219.017.8c06

Рама транспортного средства

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано преимущественно в конструкциях рам транспортных и дорожных машин. В раме транспортного средства, содержащей лонжероны, кронштейны опор рессор и поперечину переменного сечения с нижним расположением относительно лонжеронов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02176606
Дата охранного документа: 10.12.2001
19.06.2019
№219.017.8c27

Механизм принудительной блокировки межколесного дифференциала транспортного средства

Механизм принудительной блокировки межколесного дифференциала транспортного средства содержит картер моста, кулачковую муфту, выполненную из двух частей. Одна из них закреплена на чашке дифференциала, а другая расположена на полуоси и подвижна в осевом направлении при помощи двуплечего рычага....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02165043
Дата охранного документа: 10.04.2001
19.06.2019
№219.017.8c29

Искрогаситель для двигателя внутреннего сгорания

Поставленная задача повышения эффективности искрогашения и уменьшения гидравлического сопротивления решается за счет того, что в искрогасителе для ДВС, содержащем цилиндрический корпус, впускной перфорированный патрубок и выпускной патрубок, расположенные соосно и частично размещенные в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02169273
Дата охранного документа: 20.06.2001
Показаны записи 11-20 из 20.
10.11.2014
№216.013.0526

Способ формовки на автоматических формовочных линиях с горизонтальным разъемом формы

Изобретение относится к литейному производству. Опоки транспортируют к месту формовки. Модельные плиты обдувают и покрывают разделительным составом. На модельные плиты устанавливают опоки и заполняют их формовочной смесью. Уплотняют встряхиванием и подпрессовкой. В верхней полуформе выполняют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002532716
Дата охранного документа: 10.11.2014
10.05.2015
№216.013.489d

Узел выходного вала проходной главной передачи

Изобретение относится к подшипниковому узлу выходного вала проходной главной передачи. Узел выходного вала проходной главной передачи содержит корпус (1), в котором установлена манжета (2), внутренней кромкой взаимодействующая с фланцем (3), закрепленным при помощи крепежных элементов (4) на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002550096
Дата охранного документа: 10.05.2015
20.07.2015
№216.013.6392

Литниковая система с зумпф-вставкой

Изобретение относится к литейному производству. Литниковая система содержит литниковую чашу, вертикальный стояк, зумпф, шлакоуловитель с питателями, дроссель и зумпф-вставку. Зумпф-вставка изготовлена из стержневой смеси и размещена под вертикальным стояком в нижней полуформе. Зумпф-вставка...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002557037
Дата охранного документа: 20.07.2015
10.09.2015
№216.013.7688

Устройство гидравлического привода клапана двигателя внутреннего сгорания

Изобретение может быть использовано в приводах клапанов газораспределения двигателя внутреннего сгорания. Устройство гидравлического привода клапана двигателя внутреннего сгорания содержит закрепленный на головке блока цилиндров двигателя корпус (1) гидроцилиндра, в полости которого с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002561933
Дата охранного документа: 10.09.2015
10.09.2015
№216.013.768b

Исполнительный механизм гидравлического привода клапана двигателя внутреннего сгорания (варианты)

Изобретение может быть использовано для привода газораспределительных клапанов двигателя внутреннего сгорания. Исполнительный механизм гидравлического привода клапана двигателя внутреннего сгорания содержит закрепленный на головке блока цилиндров двигателя корпус (1) гидроцилиндра, в полости...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002561936
Дата охранного документа: 10.09.2015
27.04.2016
№216.015.381e

Штамп для открытой объемной штамповки поковок

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к открытой объемной штамповке поковок типа колец осадкой в торец. Штамп содержит верхнюю и нижнюю половины с гравюрами, образующими ручей, магазин и облойный мостик. Мостик образован сопряжением примыкающего к ручью участка с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002582843
Дата охранного документа: 27.04.2016
20.03.2019
№219.016.e3bd

Чугун

Изобретение относится к металлургии литейного производства, в частности к разработке составов чугуна для отливок "тормозных барабанов". Чугун содержит, мас.%: углерод 3,4-3,9; кремний 1,2-1,7; марганец 0,7-1,0; хром 0,4-0,6; никель 0,02-0,2; медь 0,6-0,9; титан 0,03-0,08; алюминий 0,01-0,05;...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002281982
Дата охранного документа: 20.08.2006
10.04.2019
№219.017.0332

Способ получения чугуна с вермикулярным графитом

Изобретение относится к металлургии, в частности может быть использовано при производстве отливок из чугуна с вермикулярной формой графита. В способе модифицирующие добавки помещают в карман днища ковша слоями, нижний из которых состоит из вермикуляризирующего комплексного быстроохлажденного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002315815
Дата охранного документа: 27.01.2008
10.04.2019
№219.017.05b3

Комплексный модификатор для производства отливок из чугуна с вермикулярным и компактным графитом

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к составу модификаторов для производства отливок из чугуна с вермикулярным и компактным графитом. Комплексный модификатор содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: магний 0,5-10, кальций 0,1-10, алюминий 0,1-10, кремний 30-80,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002323270
Дата охранного документа: 27.04.2008
10.04.2019
№219.017.064b

Фильтр для фильтрации металла

Фильтр содержит две одинаковые части (1, 2), в которых выполнены конические с расширением к внутренней части фильтра отверстия (4). Части фильтра соединены между собой с образованием внутренней полости. Каждая часть имеет юбку на половине внешней стороны окружности и выполнена из стержневой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002419506
Дата охранного документа: 27.05.2011
+ добавить свой РИД