Izvestiya Vuzov Tsvetnaya Metallurgiya (Proceedings of Higher Schools Nonferrous Metallurgy / Известия вузов. Цветная металлургия
Not a member yet
659 research outputs found
Sort by
НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ ВЛИЯНИЯ ПРИРОДЫ МАСШТАБНОГО ЭФФЕКТА ПРИ ЦИКЛИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЯХ НА ЭКСПЛУАТАЦИЮ И НАДЕЖНОСТЬ ИЗДЕЛИЙ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
Get PDFThe article describes a study into the large-scale effect and properties of surface layers of solids in case of the Al–Mg system (AMg2) aluminum alloy. It demonstrates the dependence of surface layer properties on the absolute sizes of bodies. The conclusions obtained can be extended to studying the influence of different shapes of solids on their surface and linear bulk properties. New technology development and technological advance constantly toughen metal consumption requirements of engineering devices thus making it rather difficult to avoid fatigue striations and cracks forming in critical parts. In certain cases they may form at the earliest stages of operation, i.e. parts run with cracks most of their life cycle. Therefore, comprehensive assessment of their performance and life requires reliable data on the evolution of cyclic strength and durability parameters, and maximum information on the process of damage accumulation at all stages of fatigue loading: stages of crack origin and development leading to structural failure. Therefore, the need to improve the methods of fatigue testing and failure pattern detection is one of the most relevant problems of technical advance. It is established that the difference in deformation at a surface leads to changes in work-hardenability that involves changes in surface damageability and strength performance of samples. An approach to the large-scale effect as a phenomenon is considered from the perspective of the difference in surface layer plastic deformation for samples of different absolute sizes.Описывается исследование масштабного эффекта и свойств поверхностных слоев твердых тел на примере алюминиевого сплава системы Al–Mg (АМг2). Показана зависимость свойств поверхностных слоев от абсолютных размеров тел. Полученные при этом выводы могут быть распространены на результаты изучения влияния различной формы твердых тел на их поверхностные и линейно-объемные свойства. Развитие новых технологий и технологический прогресс постоянно ужесточают требования к металлоемкости технических устройств, в результате чего бывает достаточно тяжело обойти возможность появления в особо ответственных деталях усталостных борозд и трещин. В некоторых случаях они могут возникнуть на самых ранних стадиях эксплуатации, т.е. присутствуют в деталях в течение большей части их жизненного цикла. Поэтому для всесторонней оценки работоспособности и ресурса изделий необходимо иметь достоверные сведения об эволюции параметров циклической прочности и долговечности, обладать максимальной информацией о процессе накопления повреждений на всех этапах усталостного нагружения – стадиях зарождения трещин, их развития и, как следствие, разрушения конструкции. Вследствие этого необходимость совершенствования методик усталостных испытаний и выявления закономерностей разрушений является одной из актуальнейших задач технического продвижения. Установлено, что различие деформации у поверхности приводит к изменению способности к деформационному упрочнению, что влечет изменение повреждаемости поверхности и показателей прочности образцов. Подход к масштабному эффекту как явлению рассматривается с позиций различия пластической деформации поверхностных слоев образцов разных абсолютных размеров
ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И РЕЖИМОВ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА ФАЗОВЫЙ СОСТАВ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МАГНИЕВОГО СПЛАВА ZK51A (МЛ12)
Get PDFThis paper examines the ZK51A (ML12) alloy samples with the content of Zn from 3.5 to 5.5 wt.% and Zr from 0.5 to 0.8 wt.%. The influence of the Zn and Zr content on phase transition temperatures and phase composition in equilibrium conditions and with the Scheil-Gulliver solidification model was determined using the phase diagram calculation in Thermo-Calc software. It is shown that the Zr content of 0.8–0.9 wt.% leads to a significant increase in the alloy liquidus temperature and requires raising the melting temperature over 800 °С. This is undesirable when using steel crucibles. The equilibrium content of alloying elements in the magnesium solid solution was calculated at different temperatures. Scanning electron microscopy was used to study the microstructures of ascast and heat-treated alloys with different alloying elements content. The distribution of Zn and Zr in a dendritic cell of the alloy in as-cast and heat-treated conditions was investigated. Zinc in an as-cast condition is accumulated on the dendritic cell boundary, but after the heat treatment its concentration in the center of the dendritic cell became higher than concentration on the cell boundary.Zirconium is accumulated in the center of the dendritic cell. We determined the effect of the solution heat treatment conditions on the alloy hardness. The maximum hardness gain was achieved using a two-step treatment at 330 °С for 5 h and then at 400 °С for 5 h. We studied the effect of aging heat treatment (150 and 200 °C) on the alloy hardness. The better hardness was achieved after aging at 200 °С. The maximum value was reached after 8–10 h of aging. The tensile strength 285 ± 13.5 MPa and elongation 11.4 ± 1 % were achieved after the two-step heat treatment consisting of isothermal holding at 330 °С for 5 h and then at 400 °С for 5 h with quenching and aging at 200 °С for 8 h.Объектом исследования были образцы сплава ZK51A (МЛ12), содержащие от 3,5 до 5,5 мас.% Zn и 0,5–0,8 мас.% Zr. С помощью расчета диаграмм состояния в программе «Thermo-Calc» установлено влияние концентраций Zn и Zr на температуры фазовых превращений и фазовый состав в равновесных условиях и при использовании модели полностью неравновесной кристаллизации Шейла–Гулливера. Показано, что при доле циркония в сплаве более 0,8–0,9 мас.% происходит значительное повышение температуры ликвидуса сплава и требуется увеличение температуры плавки выше 800 °С, что нежелательно при использовании стальных плавильных тиглей. Рассчитано равновесное содержание легирующих компонентов в твердом растворе на основе магния при различных температурах. С помощью электронной микроскопии изучены микроструктуры сплавов с различными концентрациями легирующих компонентов в литом и термообработанном состояниях. Исследовано распределение Zn и Zr в дендритной ячейке сплава в литом и термо-обработанном состояниях. В литом состоянии цинк концентрируется по границам дендритных ячеек, однако после термообработки его концентрация в их центре становится выше, чем по границам. Цирконий концентрируется в центре дендритных ячеек. Установлено влияние режимов закалки сплавов на их твердость. Показано, что наибольший прирост этого показателя дает двухступенчатый режим закалки: 330 °С, 5 ч + 400 °С, 5 ч. Изучено влияние температуры старения (150 и 200 °C) на твердость образцов – выявлено, что она выше в случае старения при 200 °С, причем ее максимум наблюдался при выдержке 8–10 ч. Термообработка сплава, включающая изотермическую выдержку (330 °С, 5 ч + 400 °С, 5 ч) с последующей закалкой и старение (200 °С, 8 ч), позволила достичь предела прочности сплава 285 ± ± 13,5 МПа и относительного удлинения 11,4 ± 1 %
ПРЕССОВАНИЕ СЛИТКОВ ИЗ СПЛАВА 01417, ПОЛУЧЕННЫХ В ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ КРИСТАЛЛИЗАТОРЕ, НА УСТАНОВКЕ CONFORM
Get PDFIt is known that casting long ingots of small sections (∅8–12 mm) of 01417 alloy into an electromagnetic crystallizer makes it possible to obtain a dispersed structure with insignificant intradendritic segregation. Diffusion annealing of ingots (550 °C, 4–5 h holding time) eliminates intracrystalline segregation and reduces the level of internal stresses in metal thus providing the conditions for subsequent wire drawing. The paper demonstrates that high plastic deformation of ingots without diffusion annealing can be achieved by Conform continuous extrusion, which ensures high quality and geometrical accuracy of products. The analysis of various Conform units revealed an inherent weakness – the absence of connection between the system securing the fixed part of the detachable container (shoe) and the drive wheel shaft, which leads to an increased load in the operating mode. The purpose of the work was to upgrade the Conform unit by creating a connection between the shoe and the impeller shaft to obtain a high-quality billet for subsequent wire drawing of the ∅12 mm ingot cast into the electromagnetic crystallizer. An optimal temperature of ingot extrusion (300 °С) was found to eliminate the intense adhesion of wrought metal on the tool surface. The experimental ∅5 mm rod made of 01417 alloy obtained from the ∅12 mm ingot at the Conform unit features high processing ductility. This is indicated by an increase in its yield point and relative elongation. Metallographic studies demonstrated a fine-grained structure achieved in the extruded rod, which provides the conditions for subsequent wire drawing without annealing. The results of the study provide a basis for refining the process conditions of calibrated billet production on the Conform unit followed by wire drawing with required properties.Известно, что литьем длинномерных слитков малого сечения (∅8–12 мм) из сплава 01417 в электромагнитный кристаллизатор достигается получение дисперсной структуры с незначительной внутридендритной ликвацией. В результате гомогенизационного отжига слитков (t = 550 °С, время выдержки 4–5 ч) устраняется внутрикристаллитная ликвация и понижается уровень внутренних напряжений в металле, что обеспечивает условия для последующего волочения проволоки. В работе показано, что способом, позволяющим реализовать большие пластические деформации слитков без применения гомогенизационного отжига, может быть непрерывное прессование Conform, которое обеспечивает высокое качество и точность геометрических размеров изделий. На основании анализа разновидностей конструкции установок Conform выявлен их характерный недостаток – отсутствие связи между системой крепления неподвижной части разъемного контейнера (башмака) с валом приводного колеса, что приводит к повышенной на него нагрузке в рабочем режиме. Цель работы состояла в модернизации установки Conform путем создания связи между башмаком и валом рабочего колеса и получении качественной заготовки для последующего волочения проволоки из слитка ∅12 мм, отлитого в электромагнитный кристаллизатор. Установлена оптимальная температура экструдирования слитка (300 °С), исключающая интенсивное налипание деформируемого металла на поверхность инструмента. Опытный пруток ∅5 мм из сплава 01417, полученный на установке Conform из слитка ∅12 мм, отлитого в электромагнитный кристаллизатор, обладает высокой технологической пластичностью. Об этом свидетельствует повышение его предела текучести и относительного удлинения. Металлографические исследования показали, что в отпрессованном прутке достигнута мелкозернистая структура, обеспечивающая условия для последующего волочения проволоки без отжигов. Результаты работы дают основание для отработки технологических режимов получения на установке Conform калиброванной заготовки с последующим волочением проволоки с требуемыми свойствами
ВЛИЯНИЕ ПЕРЕГРЕВА И СОСТАВА ЭЛЕКТРОЛИТА НА ПРОФИЛЬ ГАРНИСАЖА В АЛЮМИНИЕВОМ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРЕ
Get PDFThe paper presents a theoretical study conducted to investigate the effect that the chemical composition of electrolyte and its overheating have on the size of sideledge formed in an aluminum smelting bath. Three electrolyte compositions were chosen: (1) sodium cryolite with the cryolite ratio CR = 2,7; (2) cryolite CR = 2,7 + 5 wt.% CaF2; (3) cryolite CR = 2,7 + 5 wt.% CaF2 + 5 wt.% Al2О3. The electrolyte liquidus overheating temperatures were 5, 10, 15 and 20 °C. Calculations were performed using the finite element method. A simplified design of an aluminum cell was used with a prebaked anode. The temperature field was calculated using a mathematical model based on the Boussinesq approximation, which contains the Navier–Stokes equation as well as thermal conductivity and incompressibility equations. The key role of electrolyte overheating in sideledge formation was established. The resulting sideledge profile depends on the heat transfer coefficients and thermophysical properties of materials. The smallest sideledge thickness with the same electrolyte overheating was observed in cryolite composition 3, and the profiles of the formed sideledge for samples 1 and 2 were nearly the same. The thickness of the sideledge formed with a 5 degree overheating exceeded 7 cm and the difference in temperature between the sideledge in contact with electrolyte and the side block wall was 20–25 degrees. It was found that the virtually total disappearance of the sideledge occurs at electrolyte liquidus overheating by 20 degrees.Проведено теоретическое исследование влияния химического состава электролита и его перегрева на профиль гарнисажа, формируемого в ванне для выплавки алюминия. Были выбраны три состава электролита: (1) натриевый криолит с криолитовым отношением КО = 2,7; (2) криолит с КО = 2,7 + 5 мас.% CaF2; (3) криолит с КО = 2,7 + 5 мас.% CaF2 + + 5 мас.% Al2О3. Температуры перегрева ликвидуса электролита составляли 5, 10, 15 и 20 °C. Расчеты выполнены с помощью метода конечных элементов. Была применена упрощенная конструкция алюминиевого электролизера с предварительно обожженным анодом. Для расчета температурного поля использовалась математическая модель в приближении Буссинеска, содержащая уравнение Навье–Стокса, а также уравнения теплопроводности и несжимаемости. Установлена ключевая роль перегрева электролита на формирование гарнисажа, образующийся профиль которого зависит от коэффициента теплопереноса и теплофизических свойств материалов. Наименьшая толщина гарнисажа при одинаковом перегреве наблюдалась в электролите состава 3, а профили образованного гарнисажа для образцов 1 и 2 практически совпадали. Толщина сформированного гарнисажа при перегреве на 5 град составила более 7 см, а разность температур между гарнисажем, соприкасающимся с электролитом, и стенкой бортового блока – 20÷25 град. Выявлено, что практически полное исчезновение гарнисажа происходит при перегреве ликвидуса электролита на 20 град
ВЛИЯНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ПРОЦЕСС КРИСТАЛЛИЗАЦИИ АЛЮМИНИЕВЫХ РАСПЛАВОВ
Get PDFConscious management of metal crystallization processes in order to obtain a defined ingot microstructure is provided by using various physical fields. These fields affect the melt and change its internal state, and therefore its crystallization kinetics. The paper describes the thermodynamics and kinetics of aluminum crystallization when the melt is treated with magnetic field. A quite simple experimental setup is created to allow studying the magnetic field effect on molten aluminum or other metals and alloys. It consists of several main components: (1) electrical furnace; (2) water-cooled copper crucible combined with an electromagnetic coil; (3) mechanical device for rapid movement of the aluminum melt crucible; (4) system for melt temperature monitoring and control and (5) electronics for data recording and processing. It is experimentally proved that magnetic field changes the melt-crystal phase equilibrium temperature, latent heat of phase transition and temperature of melt supercooling at crystallization. It is shown that changes in these parameters reduce the radius of critical nuclei and increases the speed of their origin. Temperature-time relationship are obtained for the crystallization process. It is experimentally proved that aluminum melt treatment with magnetic field reduces the time of crystallization. The analysis of aluminum samples obtained under the influence of magnetic field has shown that their structure has more fine grains compared with untreated samples.Для сознательного управления процессом кристаллизации металлов с целью получения заданной микроструктуры слитка используют различные физические поля, которые при воздействии на расплав изменяют его внутреннее состояние, а значит, и кинетику кристаллизации. В работе описаны термодинамика и кинетика процесса кристаллизации алюминия при обработке расплава магнитным полем. Создана достаточно простая экспериментальная установка, позволяющая изучать процессы воздействия магнитного поля на расплавы алюминия или других металлов и сплавов. Она состоит из нескольких основных узлов: (1) электропечи; (2) водоохлаждаемого медного кристаллизатора, совмещенного с электро- магнитной катушкой; (3) механического устройства для быстрого перемещения тигля с расплавом алюминия; (4) системы контроля и управления температурой расплава; (5) электронной части для записи и обработки информации. Экспериментально установлено, что магнитное поле изменяет температуру фазового равновесия расплав–кристалл, скрытую теплоту фазового перехода и температуру переохлаждения расплава при кристаллизации. Показано, что изменение этих параметров приводит к уменьшению радиуса критических зародышей и увеличению скорости их зарождения. Получены температурно-временные зависимости процесса кристаллизации. Выявлено, что при обработке расплава алюминия магнитным полем время кристаллизации уменьшается. Анализ алюминиевых образцов, полученных под воздействием магнитного поля, показал, что их структура имеет более мелкие зерна, чем у образцов, не подверженных такой обработке
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ НЕДОЛИВОВ В ОТЛИВКЕ ИЗ СПЛАВА МЛ5 И ЖИДКОТЕКУЧЕСТИ СПЛАВА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
Get PDFPrediction of the misrun formation in thin-walled castings of magnesium alloys is a crucial task for foundry. The computer simulation of the casting processes can be used to solve this problem. A reasonable simulation results requires the correct thermal properties of the alloy and the mold over a wide range of temperatures and the value of interfacial heat transfer coefficient between the casting and the mold, and the critical solid fraction at which the alloy flow in the mold is choked off. In this paper we determine the interfacial heat transfer coefficient between the magnesium alloy ML5 (AZ91) and the sand mold with a furan binder. It was done by the comparing the simulated spiral test lengths with the experimental spiral test lengths obtained under the same conditions. Above the liquidus temperature the interfacial heat transfer coefficient IHTCL = 1500 W/(m2 ·K) at pouring temperatures 670 and 740 °С and IHTCL = 1800 W/(m2 ·K) at pouring temperature 810 °С. Below the solidus temperature the interfacial heat transfer coefficient IHTCS = 600 W/(m2 ·K). We also determined the critical solid fraction of ML5 (AZ91) magnesium alloy for the casting made in the furan bonded sand mold (at a cooling rate ~2 K/s) and it was 0.1–0.15. We compared the simulated misruns position and the experimental misrun position in the «Protective cup» casting produced from the ML5 (AZ91) alloy into the sand mold with furan binder. The value of the critical solid fraction was clarified. The castings were made at pouring temperatures 630 and 670 °C, and the critical solid fraction was 0.1 in both cases.Прогнозирование образования недоливов в тонкостенных отливках из магниевых сплавов является важной задачей для литейного производства. Для ее решения может быть использовано компьютерное моделирование литейных процессов. Адекватных результатов моделирования можно добиться при наличии правильных теплофизических свойств сплава и формы в широком интервале температур, значения коэффициента теплопередачи между отливкой и формой, а также критической доли твердой фазы, при которой происходит остановка течения расплава в форме. В настоящей работе путем сопоставления длин спиральных проб, полученных с помощью моделирования заполнения, и экспериментальных длин при тех же условиях заливки определен коэффициент теплопередачи между магниевым сплавом МЛ5 (AZ91) и формой из холоднотвердеющей смеси (ХТС). Выше температуры ликвидуса его значения равны hL = 1500 Вт/(м2 ·К) для температур заливки 670 и 740 °С и hL = 1800 Вт/(м2 ·К) для 810 °С. Ниже температуры солидуса hS = 600 Вт/(м2 ·К). Также была установлена критическая доля твердой фазы для магниевого сплава МЛ5 (AZ91) при заливке в форму из ХТС (при скорости охлаждения ~2 К/с) – ее значение составило 0,1–0,15. Путем сопоставления положения недоливов по результатам моделирования и в реальной отливке «Колпак», залитой из сплава МЛ5 (AZ91) в форму из ХТС, было уточнено значение критической доли твердой фазы. Заливку отливок производили при температурах заливки 630 и 670 °С, и в обоих случаях значение критической доли твердой фазы составило 0,1
РАЦИОНАЛЬНАЯ ПЕРЕРАБОТКА УПОРНЫХ МЕДЬСОДЕРЖАЩИХ РУД
Get PDFThe paper presents the results obtained when studying material compositions of four samples of refractory copper-bearing ores from the Uzelga deposit along with technological solutions to improve their processing parameters. The refractoriness of ores is associated with a thin dissemination (up to a micron size) and close intergrowth of ore and rock minerals. Ferrous sulfides are represented by a wide range of minerals: pyrite, marcasite and their variety melnikovite, arsenic pyrite and arsenopyrite; sooty melnikovite has a higher flotation activity. The reduction of iron sulfides from 89 to 29 % is followed by a proportional increase of easy-floatable rock minerals to 45 % and clay to 9 %. These properties make these sulfides difficult to process (float) and maintain ore refractoriness. The content of copper sulfides in ore samples varies from 3,32 to 7,29 %; the relative fraction of copper sulfide in a form of tennantite in different deposit samples varies from 29 to 93 %. Copper is also present as chalcopyrite and bornite. The best flotation activity of tennantite can be seen in neutral and weak acid media in contrast with standard flotation mode for chalcopyrite and bornite with butyl xanthate in a high-alkaline calcareous medium. Free grains of copper minerals can be selectively extracted into the intermediate flotation copper concentrates when grinding maximum 60 % of the –71-μm class. The technology of flotation in a low-alkaline medium is developed for refractory copper-bearing ores with variable tennantite content using the M-TF selective sulfhydryl collector in intermediate copper flotations and copper concentrate upgrading cycle; aeration used to suppress melnikovite flotation activity makes it possible to achieve 80 % copper recovery into conditioned copper concentrate. Bornite, tennantite, chalcopyrite and sphalerite disseminated in pyrite make it rational to obtain copper-pyrite, copper-zinc-pyrite products with their yield up to 12 % for pyroand hydrometallurgical processing.Приведены результаты изучения вещественного состава 4 проб упорных медьсодержащих руд Узельгинского месторождения и технологические решения для повышения показателей их переработки. Упорность к обогащению связана с тонкой вкрапленностью вплоть до микронной и тесным взаимопрорастанием рудных и породных минералов. Сульфиды железа представлены широким спектром минералов – пирит, марказит и их разновидность мельниковит, мышьяковистый пирит и арсенопирит; сажистый мельниковит обладает повышенной флотоактивностью. Уменьшение содержания сульфидов железа с 89 до 29 % сопровождается повышением доли легкофлотируемых породных минералов до 45 % и глины до 9 %, что относит их к труднообогатимым и сохраняет упорность руды к флотационному обогащению. Содержание сульфидов меди в пробах руды изменяется от 3,32 до 7,29 %; относительная доля сульфида меди в виде теннантита в разных пробах месторождения варьируется от 29 до 93 %; присутствует медь в виде халькопирита и борнита. Наилучшая флотоактивность теннантита наблюдается в нейтральной или слабокислой средах, в отличие от стандартного режима флотации халькопирита и борнита бутиловым ксантогенатом в высокощелочной известковой среде. Свободные зерна медных минералов могут быть селективно выделены в межцикловые медные концентраты при измельчении не более 60 % класса –71 мкм. Для упорной медьсодержащей руды с переменным содержанием теннантита разработана технология флотации в низкощелочной среде с использованием селективного сульфгидрильного собирателя М-ТФ в межцикловых медных флотациях и в цикле доводки медного концентрата; с аэрацией для подавления флотоактивности мельниковита, которая позволяет получать извлечение меди на уровне 80 % в кондиционный медный концентрат. Тонкая вкрапленность борнита, теннантита, халькопирита, сфалерита в пирите делает рациональным получение медно-пиритных, медно-цинково-пиритных продуктов с их выходом до 12 % для пиро-гидрометаллургической переработки, наряду с выделением богатых медных концентратов
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЭЛЕКТРОЛИЗА ЦИНКА ИЗ ЩЕЛОЧНЫХ РАСТВОРОВ
Get PDFThe effect that the main parameters of zinc electrolysis from an alkaline zincate solution have on current efficiency and power consumption was studied in laboratory conditions. Zinc concentration (initial and final), current density and temperature were chosen as variable parameters. The study used both model electrolytes (prepared using standard reagents) and real ones produced by leaching the calcined middling product obtained when processing zinc-bearing dusts of ferrous metallurgy. It was shown that the current efficiency of zinc can be quite high (more than 90 %) even at an initial zinc concentration in the alkaline electrolyte of 10 g/dm3. However, this requires low current loads (100—400 A/m2) that are impractical in industrial electrolysis used to produce powdered metal, since the actual current density decreases as the cathode deposit surface develops and may fall below the limiting diffusion current of complex ions. In this case, the growth of enlarged dendrites is expected with the formation of «short-circuited» sections in the interelectrode space, which as a whole will reduce the zinc current efficiency. Larger-scale laboratory studies focused on zinc electrolysis from a real zincate solution made it possible to determine the most energy-efficient (with the highest zinc current efficiency and the lowest power consumption) process parameters: current density — 1000—2000 A/m2; electrolyte temperature — 50—80 °С; initial zinc concentration — 20—50 g/dm3; residual zinc concentration — not less than 15 g/dm3. These conditions will ensure high current efficiency (85 — 95 %) and electric power consumption (2,28—3,20 kW-h/kgZn). For the «depleted» zincate solution with a zinc content of 10 g/dm3, the highest current efficiency (more than 90 %) is achieved at a current density of 125 A/m2, close to the diffusion current density j = = 95,7 A/m2. With j > 500 A/m2, the current efficiency is significantly lower due to the intensive hydrogen release. A qualitative evaluation of the resulting cathode deposit was made (by the visible dimensions of crystals) in studies on an enlarged electrolytic cell.В лабораторных условиях исследовано влияние основных параметров электролиза цинка из щелочного цинкатного раствора на выход по току и расход электроэнергии. В качестве варьируемых параметров выбраны концентрации цинка (начальная и конечная), плотность тока и температура. Электролиты использовали как модельные (приготовленные из стандартных реактивов), так и реальные, полученные выщелачиванием прокаленного промпродукта переработки цинксодержащих пылей черной металлургии. Показано, что выход цинка по току может быть достаточно высоким (более 90 %) даже при начальной концентрации цинка в щелочном электролите 10 г/дм3. Однако для этого требуются низкие токовые нагрузки (100–400 А/м2), использование которых для промышленного электролиза с получением порошкообразного металла нецелесообразно, так как по мере развития поверхности катодного осадка фактическая плотность тока будет снижаться, в том числе ниже предельного тока диффузии комплексных ионов. При этом ожидается рост укрупненных дендритов с образованием «короткозамкнутых» участков в межэлектродном пространстве, что в целом будет снижать выход цинка по току. Укрупненные лабораторные исследования по электролизу цинка из реального цинкатного раствора позволили определить наиболее энергоэффективные (с наибольшим выходом цинка по току и наименьшим расходом электроэнергии) параметры процесса: плотность тока 1000–2000 А/м2; температура электролита 50–80 °С; исходная концентрация цинка 20–50 г/дм3; остаточная концентрация цинка не менее 15 г/дм3. В этих условиях будут обеспечиваться высокий выход по току (85–95 %) и приемлемый расход электроэнергии (2,28–3,20 кВт·ч/кгZn). Для «истощенного» цинкатного раствора с содержанием цинка 10 г/дм3 максимальный выход по току (более 90 %) реализуется при плотности тока j = 125 А/м2, близкой к плотности тока диффузии (около 95,7 А/м2). При j > 500 А/м2 выход по току значительно снижается, что обусловлено интенсивным выделением водорода. При исследованиях на укрупненной электролизной ячейке выполнена качественная оценка получаемого катодного осадка (по видимым размерам кристаллов)
ВЛИЯНИЕ КАПИЛЛЯРНОГО ДАВЛЕНИЯ В НАНОПУЗЫРЬКАХ НА ИХ ПРИЛИПАНИЕ К ЧАСТИЦАМ ПРИ ПЕННОЙ ФЛОТАЦИИ Часть 6. Информативность кривых растекания пузырьков
Get PDFSpreading curves (SCs) are calculated for bubble diameters (de) 1 mm and 1 μm on substrates with different wettability: from maximumhydrophobicity (Г) to maximum-hydrophilicity (Ф) as well as incompletely wettable (Нх) ones, where x = 0,8; 0,6; 0,4 and 0,2 is the fraction of an ionized collector monolayer under the bubble. The calculations were based on the results of a numerical solution of the Laplace equation in the form of 12-figure tables such as Bashforth and Adams tables. They demonstrate firstly that the SCs obtained are identical to those calculated for bubbles with de = 20 and 10 nm, and thus SC shapes are unchanged in the 105 range, i.e. virtually for all flotation bubbles, and secondly that SC shapes and their mutual arrangement depend on substrate wettability. Spreading curves clearly illustrate the advantages of substrate Г adhesion to the bubble in comparison with substrate Ф, and for Нх an advantage of the substrate with a larger fraction of x. It is quantitatively shown that even with small spreading of nanobubbles adhered to the particle, their adherence force increases billion times so that large bubbles can fix on their increased perimeters and lead the particle to flotation. If, however, the adhesion of large bubbles to nanobubbles occurs before spreading of the latter, they will come off together, and the particle will not float. This mechanism was used for particle flotation in the processes of the Bessel brothers, Potter-Delpra and two processes of F. Elmor in the late 19th and early 20th centuries. The prospect of increasing the productivity and cost-efficiency of modern froth flotation by activating particle flotation not only with nanobubbles but also with larger bubbles is considered.Рассчитаны кривые растекания (КР) для пузырьков диаметрами (de) 1 мм и 1 мкм на подложках с различной смачиваемостью: от предельно гидрофобной (Г) до предельно гидрофильной (Ф), а также с неполной смачиваемостью (Нх), где х = 0,8; 0,6; 0,4 и 0,2 – доля монослоя ионогенного собирателя под пузырьком. Расчеты проводились на основе результатов численного решения уравнения Лапласа в виде 12-значных таблиц типа таблиц Башфорта и Адамса. Они показали, что, во-первых, полученные КР тождественны рассчитанным ранее для пузырьков с de = 20 и 10 нм и, таким образом, форма КР неизменна в диапазоне 105 , т.е. практически для всех флотационных пузырьков, а во-вторых, что формы КР и их взаимное расположение зависят от смачиваемости подложки. Кривые растекания четко иллюстрируют преимущества прилипания к пузырьку подложки Г по сравнению с подложкой Ф, а в случае Нх – преимущество подложки с большей долей х. Количественно показано, что даже при малом растекании прилипших к частице нанопузырьков сила их прилипания возрастает в миллиарды раз и на их возросших периметрах могут закрепиться крупные пузырьки и привести частицу к флотации. Если же прилипание крупных пузырьков к нанопузырькам произойдет до растекания последних, то они вместе оторвутся и частица не сфлотирует. По такому механизму флотировались частицы в процессах братьев Бессель, Поттера–Дельпра и двух процессах Ф. Эльмора в конце XIX и начале XX столетий. Рассмотрена перспектива повышения эффективности и экономичности современной пенной флотации путем активации флотации частиц не только нанопузырьками, но и более крупными пузырьками. Публикуется в порядке обсуждения. Части 1–5 опубликованы соответственно в [1–5]
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИСТОВОГО ПРОКАТА БОРАЛЮМИНИЯ ПОВЫШЕННОЙ ПРОЧНОСТИ БЕЗ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОПЕРАЦИЙ ГОМОГЕНИЗАЦИИ И ЗАКАЛКИ
Get PDFAl–Cu–Mn (Zr) alloys feature high strength and processability without any thermal treatment operations. Al–2%Cu–1,5%Mn–2%B and Al–2%Cu–1,5%Mn–0,4%Zr–2%B alloys were obtained in order to investigate the possibility of producing a aluminum boroncontaining alloy in the form of high-strength sheet rolled stock without thermal treatment. Melting was performed in the RELTEK induction furnace with intense melt stirring to eliminate sedimentation of boride refractory particles. Melting temperature was 950– 1000 °С. Melt was poured into 40×120×200 mm graphite casting molds. Calculation methods (Thermo-Calc) were used to demonstrate that manganese forms complex borides with aluminum and zirconium at a melting temperature while there is enough manganese in liquid and there is practically no zirconium left. Experimental methods (electronic scanning microscopy and electron microprobe analysis) proved the formation of the complex AlB2Mn2 boride, however, manganese remained in a solid solution is enough to form the Al20Cu2Mn3 phase particles in the amount up to 7 wt.%. In the alloy with zirconium, boron stimulates primary Al3Zr crystal separation and, therefore, zirconium content left in the aluminum solid solution is not sufficient for hardening. It is shown that it is possible to produce thin-rolled steel with a thickness of less than 0,3 mm with uniformly distributed clusters of the boride phase with a particle size of less than 10 μm. A high level of strength up to 543 MPa is reached without the use of hardening and aging due to the precipitation of Al20Cu2Mn3 phase dispersions during hot deformation (t =450 °C).Алюминиевые сплавы Al–Cu–Mn (Zr) обладают высокой прочностью и технологичностью без операций термической обработки (ТО). С целью исследования возможности получения алюминиевого борсодержащего сплава в виде листового проката повышенной прочности без осуществления ТО в работе получали сплавы Al–2%Cu–1,5%Mn–2%B и Al–2%Cu– 1,5%Mn–0,4%Zr–2%B. Для исключения осаждения тугоплавких частиц боридов плавку вели в индукционной печи РЭЛТЕК, обеспечивающей интенсивное перемешивание расплава. Температура плавки составляла 950–1000 °С. Заливку осуществляли в графитовые изложницы 40×120×200 мм. С использованием расчетных методов (Thermo-Calc) установлено, что при температуре плавки марганец образует сложные бориды с алюминием и цирконием, при этом в жидкости остается достаточное количество марганца, а циркония в ней практически нет. Экспериментальными методами (электронная сканирующая микроскопия и микрорентгеноспектральный анализ) доказано формирование сложного борида AlB2Mn2, однако оставшегося в твердом растворе марганца хватает на образование частиц фазы Al20Cu2Mn3 в количестве до 7 мас.%. В сплаве с цирконием бор стимулирует выделение первичных кристаллов Al3Zr, в связи с чем в алюминиевом твердом растворе остается недостаточное количество циркония для упрочнения. Показана возможность получения тонколистового проката толщиной менее 0,3 мм с равномерно распределенными скоплениями боридной фазы с размером частиц менее 10 мкм. Без использования закалки и старения достигнут высокий уровень прочности (до 543 МПа) за счет выделения дисперсоидов фазы Al20Cu2Mn3 во время горячей деформации (t = 450 °С)