Выбор оптимального комплекса оборудования для бесфлюсовой защиты магниевых сплавов
Магниевые сплавы на всех этапах литья требуют постоянной защиты от возгорания. Наиболее эффективной для решения поставленной задачи является бесфлюсовая система защиты. Исследованы четыре системы бесфлюсовой защиты магниевых сплавов. По критериям надежности и экономическим показателям найден и обосн...
Збережено в:
| Дата: | 2016 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2016
|
| Назва видання: | Металл и литье Украины |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/163041 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Выбор оптимального комплекса оборудования для бесфлюсовой защиты магниевых сплавов / Т.В. Лысенко, К.А. Крейцер, В.В. Ясюков, А.А. Бондарь // Металл и литье Украины. — 2016. — № 8-10 (279-281). — С. 54-57. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-163041 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1630412025-02-09T22:37:10Z Выбор оптимального комплекса оборудования для бесфлюсовой защиты магниевых сплавов Вибір оптимального комплексу обладнання для безфлюсового захисту магнієвих сплавів Selection of the optimal set of equipment for the flux-free protection of magnesium alloys Лысенко, Т.В. Крейцер, К.А. Ясюков, В.В. Бондарь, А.А. Магниевые сплавы на всех этапах литья требуют постоянной защиты от возгорания. Наиболее эффективной для решения поставленной задачи является бесфлюсовая система защиты. Исследованы четыре системы бесфлюсовой защиты магниевых сплавов. По критериям надежности и экономическим показателям найден и обоснован оптимальный вариант. Магнієві сплави на всіх етапах лиття вимагають постійного захисту від загоряння. Найефективнішою для вирішення поставленого завдання є безфлюсова система захисту. Досліджено чотири системи безфлюсового захисту магнієвих сплавів. За критеріями надійності та економічними показниками знайдено і обґрунтовано оптимальний варіант. Magnesium alloys at all casting stages require constant protection from fire. The most effective solution to this problem is a flux-free protection system. Four systems of flux-free protection of magnesium alloys have been studied. According to the criteria of reliability and economic performance the best option has been found and proved. 2016 Article Выбор оптимального комплекса оборудования для бесфлюсовой защиты магниевых сплавов / Т.В. Лысенко, К.А. Крейцер, В.В. Ясюков, А.А. Бондарь // Металл и литье Украины. — 2016. — № 8-10 (279-281). — С. 54-57. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 2077-1304 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/163041 621.744 ru Металл и литье Украины application/pdf Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Магниевые сплавы на всех этапах литья требуют постоянной защиты от возгорания. Наиболее эффективной для решения поставленной задачи является бесфлюсовая система защиты. Исследованы четыре системы бесфлюсовой защиты магниевых сплавов. По критериям надежности и экономическим показателям найден и обоснован оптимальный вариант. |
| format |
Article |
| author |
Лысенко, Т.В. Крейцер, К.А. Ясюков, В.В. Бондарь, А.А. |
| spellingShingle |
Лысенко, Т.В. Крейцер, К.А. Ясюков, В.В. Бондарь, А.А. Выбор оптимального комплекса оборудования для бесфлюсовой защиты магниевых сплавов Металл и литье Украины |
| author_facet |
Лысенко, Т.В. Крейцер, К.А. Ясюков, В.В. Бондарь, А.А. |
| author_sort |
Лысенко, Т.В. |
| title |
Выбор оптимального комплекса оборудования для бесфлюсовой защиты магниевых сплавов |
| title_short |
Выбор оптимального комплекса оборудования для бесфлюсовой защиты магниевых сплавов |
| title_full |
Выбор оптимального комплекса оборудования для бесфлюсовой защиты магниевых сплавов |
| title_fullStr |
Выбор оптимального комплекса оборудования для бесфлюсовой защиты магниевых сплавов |
| title_full_unstemmed |
Выбор оптимального комплекса оборудования для бесфлюсовой защиты магниевых сплавов |
| title_sort |
выбор оптимального комплекса оборудования для бесфлюсовой защиты магниевых сплавов |
| publisher |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| publishDate |
2016 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/163041 |
| citation_txt |
Выбор оптимального комплекса оборудования для бесфлюсовой защиты магниевых сплавов / Т.В. Лысенко, К.А. Крейцер, В.В. Ясюков, А.А. Бондарь // Металл и литье Украины. — 2016. — № 8-10 (279-281). — С. 54-57. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| series |
Металл и литье Украины |
| work_keys_str_mv |
AT lysenkotv vyboroptimalʹnogokompleksaoborudovaniâdlâbesflûsovoizaŝitymagnievyhsplavov AT kreicerka vyboroptimalʹnogokompleksaoborudovaniâdlâbesflûsovoizaŝitymagnievyhsplavov AT âsûkovvv vyboroptimalʹnogokompleksaoborudovaniâdlâbesflûsovoizaŝitymagnievyhsplavov AT bondarʹaa vyboroptimalʹnogokompleksaoborudovaniâdlâbesflûsovoizaŝitymagnievyhsplavov AT lysenkotv vibíroptimalʹnogokompleksuobladnannâdlâbezflûsovogozahistumagníêvihsplavív AT kreicerka vibíroptimalʹnogokompleksuobladnannâdlâbezflûsovogozahistumagníêvihsplavív AT âsûkovvv vibíroptimalʹnogokompleksuobladnannâdlâbezflûsovogozahistumagníêvihsplavív AT bondarʹaa vibíroptimalʹnogokompleksuobladnannâdlâbezflûsovogozahistumagníêvihsplavív AT lysenkotv selectionoftheoptimalsetofequipmentforthefluxfreeprotectionofmagnesiumalloys AT kreicerka selectionoftheoptimalsetofequipmentforthefluxfreeprotectionofmagnesiumalloys AT âsûkovvv selectionoftheoptimalsetofequipmentforthefluxfreeprotectionofmagnesiumalloys AT bondarʹaa selectionoftheoptimalsetofequipmentforthefluxfreeprotectionofmagnesiumalloys |
| first_indexed |
2025-12-01T11:32:54Z |
| last_indexed |
2025-12-01T11:32:54Z |
| _version_ |
1850305439679381504 |
| fulltext |
54 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЁ УКРАИНЫ № 8-10 (279-281) ’2016
взаимодействуя с жидким магниевым сплавом, об-
разует тонкую плотную защитную пленку. Для этих
целей используется атмосфера, состоящая из смеси
активного и инертного газов. В качестве активных га-
зов используются SF6, CF4, SO2, BF3. В качестве раз-
бавителей – Ar, N2, СO2, осушенный воздух [4].
Бесфлюсовая плавка позволяет повысить корро-
зионную стойкость детали в два и более раза; увели-
чить долговечность детали за счет устранения содер-
жания ионов хлора и, как следствие, межкристаллит-
ной коррозии, а также снизить безвозвратные потери
сплава на 5%. Повышение производительности плав-
ки на 10-15%, снижение себестоимости плавки на 10-
15%, в том числе по расходу электроэнергии, а также
сокращение вредных выбросов газов в 20 раз являет-
ся существенным преимуществом технологии [5].
Целью настоящей работы является выбор оп-
тимального варианта комплекса рассматриваемого
оборудования.
Для достижения поставленной цели были решены
следующие задачи:
– получено экономическое выражение уровня на-
дежности четырех вариантов оборудования;
– проведен анализ систем бесфлюсовой защиты
магниевых сплавов;
– выбрана оптимальная система для защиты маг-
ниевых сплавов.
Задача выбора оптимального варианта системы
оборудования сформулирована следующим образом.
Для данной системы, характеризуемой конеч-
ной величиной капитальных затрат и определенным
уровнем надежности, выраженным функциями пара-
метров потока отказов по организационным ω0(t) и по
технологическим причинам ωT(t) с соответствующими
функциями распределения простоев φ0(t) и восста-
новлений φT(t), имеется j вариантов выбора системы,
где j – конечное число | j = 1, 2, 3…,n |.
Каждый j-ый вариант комплекса системы содер-
жит mj наименований элементов по km штук каждого
наименования [6].
Каждый j-ый вариант содержит mj наименований
элементов по km штук каждого наименования. Обо-
значив элемент системы, можно каждый j-ый вариант
описать прямоугольной матрицей, представленной:
М
агниевые сплавы обладают огромным потен-
циалом в будущем литейных технологий. Этот
металл является самым легким конструкцион-
ным материалом и обладает рядом других пре-
имуществ. Экономическая эффективность исполь-
зования магниевых сплавов гарантируется низкой
стоимостью единицы объема детали. Широкая гамма
литейных сплавов обеспечивает возможность полу-
чения качественных отливок разного назначения [1].
Однако магниевые сплавы обладают рядом негатив-
ных особенностей, которые сдерживают их применение.
При взаимодействии с кислородом жидкие магни-
евые сплавы возгораются. Их невозможно потушить
водой или обычными средствами пожаротушения.
Магниевые сплавы обладают низкой коррозион-
ной стойкостью. Она обусловлена тем, что магний
относится к наиболее электроотрицательным метал-
лам и его химическая активность с повышением тем-
пературы увеличивается.
Для защиты от возгорания на многих предприяти-
ях Украины используют флюсовую защиту [2]. Флюсы
представляют собой смеси хлористых и фтористых
солей металлов и некоторых оксидов. Наиболее при-
меняемые – это флюс ВИ2 и ВИ3. К главным недо-
статкам флюсов можно отнести их высокую гигро-
скопичность, повышающую загазованность, а также
сравнительно небольшие вязкость и плотность, что
сильно осложняет отделение флюса от металла. Ис-
пользование флюсов способствует образованию ли-
тейных дефектов в отливках [3]. Наличие флюсовых
включений в отливках резко снижает коррозионую
стойкость и уменьшает надежность изделий вслед-
ствие потенциальной потери герметичности и проч-
ности в процессе эксплуатации [3]. А производство
специальных магниевых сплавов по традиционной
технологии (флюсовой плавке) невозможно из-за по-
вышенной окисляемости или взаимодействия леги-
рующих компонентов с составляющими флюсов.
Перспективным технологическим процессом,
способным устранить большинство выше перечис-
ленных отрицательных факторов, является плавка
магниевых сплавов без флюса в защитной газовой
среде. Бесфлюсовая защита способна выполнять
свою функцию в том случае, если она, химически
УДК 621.744
Т. В. Лысенко, К. А. Крейцер, В. В. Ясюков, А. А. Бондарь
Одесский национальный политехнический университет, Одесса
Выбор оптимального комплекса оборудования для
бесфлюсовой защиты магниевых сплавов
Магниевые сплавы на всех этапах литья требуют постоянной защиты от возгорания. Наиболее эффективной
для решения поставленной задачи является бесфлюсовая система защиты. Исследованы четыре системы
бесфлюсовой защиты магниевых сплавов. По критериям надежности и экономическим показателям найден и
обоснован оптимальный вариант.
Ключевые слова: магний, магниевые сплавы, бесфлюсовая защита, уровень надежности, оптимальный
комплекс оборудования, экономические показатели.
55МЕТАЛЛ И ЛИТЬЁ УКРАИНЫ № 8-10 (279-281) ’2016
Экономические показатели рассматриваемых ва-
риантов получены на основании использования тео-
ретических основ надежности.
Представленные системы:
1. Система плавильной печи РБПМ-0.3 (Россия).
Данная система состоит из следующего оборудо-
вания: печь плавильная РБПМ-0.3; печь раздаточ-
ная (входит в состав машины литья под давлением
(ЛПД)). Используется следующая защитная газовая
смесь: 1-2% элегаза SF6, остальное – осушенный
углекислый газ CO2.
2. Система дозирования и контроля защитной
смеси визуально по ротаметрам фирмы FrechFM1
(Германия). Данная система состоит из следующего
оборудования: печь плавильная с конвейером для по-
догрева чушек и загрузки их в плавильную печь; печь
раздаточная [15]. Используется следующая защитная
газовая смесь: 40% CO2 и 60% осушенный N2.
3. Система CPMGH 700 с компьютерным управле-
нием расходов защитного газа (с контролем темпера-
туры, расхода и давления (Польша-Норвегия)). Дан-
ная система состоит из следующего оборудования:
печь плавильная и раздаточная, связанные между
собой обогреваемой трубой перелива горячего ме-
талла. Используется защитная газовая смесь: 1,5-2%
SO2, остальное – осушенный воздух.
4. Система дозирования на основе газосмесите-
лей фирмы Witt, KM-20-2, RM-20-3, средств Siemens,
датчиков контроля газов, температур, расходов, ава-
рийных ситуаций, их устранения и резервных конту-
ров (Украина). Данная система состоит из следующе-
го оборудования: двухкамерная плавильно-раздаточ-
ная печь оборудована автоматическими средствами
загрузки подогретых чушек. Криогенная установка
для смеси защитных газов [7]. Используется защит-
ная газовая смесь: 1,5-2% SO2 и осушенный азот N2.
Для оценки показателя убытков от недоиспользо-
вания оборудования рассмотрены 1 и 4 варианты. В
качестве объекта для расчета было принято произ-
водство биметаллических радиаторов-конвекторов
из магниевого литейного сплава (МЛ5).
Сравнительные экономические показатели всех
вышеперечисленных систем представлены в табл. 2.
Убытки от недоиспользования оборудования из-за
недостаточной надежности рассчитаны при сравне-
нии двух вариантов систем: 1 вариант и 4 вариант
защит.
При общих капитальных затратах по каждому из
вариантов получены значения коэффициентов ис-
пользования 0,74 и 0,846 соответственно. При этом
средняя производительность первого варианта на
18% ниже второго, прибыль всего производства в 1,5
раза ниже. Сравнивая соотношения чистой прибыли
по двум вариантам получено, что на 1% снижения
общего уровня коэффициента использования, произ-
водственные убытки превышают 100 тыс. долл.
Реальные варианты существующих технологиче-
ских процессов, рассмотренных на базе изложенной
выше методики, не позволяют предложить вариант
на границе оптимума. Выполненные расчеты показа-
ли, что четвертый вариант является лучшим и эконо-
мически обоснованным.
где kmax = max(k1, k2,…,kn ).
Каждое m i-тое наименование j-го варианта систе-
мы описывается своей функцией параметра потока
отказов ω j
m
(t) . Время восстановления элементов каж-
дого наименования описывается своей плотностью
вероятностиϕ j
m(t) . Кроме того, каждое наименование
элемента характеризуется стоимостью элемента C j
m =
= const, каждая j-ая система – удельной стоимостью
проектирования
ï ðC j = const, удельной стоимостью
изготовления
èçãC j = const и удельной стоимостью на-
ладки
íC j = const.
Зависимость величины капитальных затрат на
систему Ск.с. от уровня надежности р представлена
принципиально на графике (рисунок) кривой 1, экс-
плуатационных издержек по системе Сэ.с. – кривой 2,
убытков от недоиспользования всех затрат без си-
стемы для каждого j-го варианта системы У – кривой
3. Кривая 5 показывает, что уровень надежности, со-
ответствующий оптимальному варианту, учитываю-
щему убытки от недоиспользования всех затрат без
систем, выше уровня надежности оптимального ва-
рианта, выбранного только по капитальным затратам
и эксплуатационным издержкам (кривая 4). Указан-
ное положение может быть использовано для выбо-
ра оптимального варианта по минимизации функции
приведенных затрат: С(p) = Ск.с + Сэ.с. + У.
Наименование основных показателей, исполь-
зуемых при анализе указанной зависимости, и рас-
четные формулы, учитывающие динамику затрат во
времени, представлены в табл. 1.
11 12 1 max
21 22 2 max
1 2 max
C C C
C C C
………………….. ………..…….
C C C
j j j
k
j j j
k
j j j
m m m kj j j
(1),
Кривые зависимостей от уровня надежности систем: 1 –
кривая капитальных затрат на систему; 2 – кривая эксплу-
атационных издержек на систему; 3 – кривая убытков от
недоиспользования затрат; 4 – суммарная кривых 1 и 2; 5 –
суммарная кривых 1, 2, 3
12
3
4
5
пр
m
н
изг
56 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЁ УКРАИНЫ № 8-10 (279-281) ’2016
Итак, проведен анализ различных комплексов
оборудования для защиты магниевых сплавов. Из
представленных расчетов видно, что самым опти-
мальным вариантом является система Witt, KM-20-2,
KM-20-3.
Используя данную систему, можно добиться сни-
жения уровня окончательного брака на 70% за счет
преимуществ химических и физических процессов
газовой защиты, по этим же причинам снижается «ис-
правимый» брак в 5-6 раз.
Таблица 1
Основные показатели указанной зависимости
Наименование показателей Обозначение Расчетные формулы
Капитальные вложения Сmi
Статьи себестоимости,
пропорциональные выпускаемой
продукции
Ami
Статьи себестоимости, не зависящие от
выпуска Bmi
Эксплуатационные издержки на
содержание оборудования и технологии Сэ
Примечание: En – нормативный коэффициент экономической эффективности; txz – время монтажа и наладки системы;
tэ – амортизационный срок эксплуатации системы; tц – среднее время цикла работы системы
Таблица 2
Экономические показатели систем бесфлюсовой защиты магниевых сплавов
Наименование Единица
измерения РБПМ-0.3 Frech
FM1 CPMGH 700 Witt, KM-20-2,
KM-20-3
Дополнительные капитальные затраты тыс. долл. 95 115 145 170
Коэффициент использования – 0,792 0,813 0,831 0,846
Коэффициент использования по
организационным причинам – 0,892 0,903 0,913 0,92
Коэффициент использования по
техническим причинам – 0,933 0,94 0,946 0,95
Себестоимость – 3 242 3 572 3 743 4 062
Прибыль – 3 743 4 007 4 457 4 778
Прибыль (без налога 25%) – 2 807 3 005 3 343 3 583
Прибыль (без расходов предприятия за
счет прибыли 16%) – 2 358 2 524 2 808 3 010
Убытки от недоиспользования – 241 147 67 –
Чистая прибыль – 2 116 2 377 2 741 3 010
1. Каблов Е. Н. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегических направлений раз-
вития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» // Авиационные материалы и технологии. –
2015. – № 1. – С. 3-33.
2. Мостяев И. В. РЗЭ – фактор качественного повышения свойств магниевых сплавов (обзор) // Труды ВИАМ. – 2015. –
№ 17. – Ст. 01 (viam–works.ru).
ЛИТЕРАТУРА
57МЕТАЛЛ И ЛИТЬЁ УКРАИНЫ № 8-10 (279-281) ’2016
1. Kablov E. N. (2015). Innovatsionnye razrabotki FGUP «VIAM» GNC RF po realizacii «Strategicheskikh napravlenii razvitiia
materialov i tekhnologii ikh pererabotki na period do 2030 goda». [Innovative development FGUP «VIAM» SSC RF on
implementation of the «Strategic directions of development of materials and technologies of their reprocessing for the period
till 2030»]. Aviatsionnye materialy i tekhnologii, no. 1, pp. 3-33. [in Russian].
2. Mostaev I. V. (2015). RZE – faktor kachestvennogo povysheniia svoistv magnievykh splavov (obzor). [REE – factor quality-
enhancing properties of magnesium alloys (review)]. Trudy VIAM, no. 17, St. 01 (viam-works.ru). [in Russian].
3. Kornysheva I. S., Volkova E. F., Goncharenko E. S., Mukhina I. Y. (2012). Perspektivy primeneniia magnievykh i liteinykh
aliuminievykh splavov. [Prospects of application of magnesium and cast aluminium alloys]. Aviatsionnye materialy i tekhnologii,
no. S, pp. 212-222. [in Russian].
4. Mukhina I. Yu., Uridiia Z. P. (2005). Magnii – osnova sverkhlegkih materialov. [Magnesium is the basis of ultra-light materials].
Metallurgiia i mashinostroenie, no. 6, pp. 29-31. [in Russian].
5. Holtzer M., Bobrowski A. (2008). Magnesium melt protection by covering gas. Archives of Foundry Engineering, no. 8(SI 1),
pp. 131–136. [in English].
6. Won Ha, Young-Jig Kim. (2006). Effects of cover gases on melt protection of Mg alloys. Journal of Alloys and Compounds, vol.
422, iss. 1-2, pp. 208-213. [in English].
7. Dolez P. I., Mlynarek J. (2016). Smart materials for personal protective equipment: Tendencies and recent developments.
Smart Textiles and their Applications, pp. 497-517. [in English].
REFERENCES
Магнієві сплави на всіх етапах лиття вимагають постійного захисту від загоряння. Найефективнішою для вирішення
поставленого завдання є безфлюсова система захисту. Досліджено чотири системи безфлюсового захисту магнієвих
сплавів. За критеріями надійності та економічними показниками знайдено і обґрунтовано оптимальний варіант.
Лисенко Т. В., Крейцер К. О., Ясюков В. В., Бондар О. А.
Вибір оптимального комплексу обладнання для безфлюсового захисту
магнієвих сплавів
Анотація
Ключові слова
Магній, магнієві сплави, безфлюсовий захист, рівень надійності, оптимальний комплекс
обладнання, економічні показники.
Lysenko T., Kreitser K., Yasiukov V., Bondar’ A.
Selection of the optimal set of equipment for the flux-free protection of
magnesium alloys
Summary
Magnesium alloys at all casting stages require constant protection from fire. The most effective solution to this problem is a
flux-free protection system. Four systems of flux-free protection of magnesium alloys have been studied. According to the
criteria of reliability and economic performance the best option has been found and proved.
Magnesium, magnesium alloys, flux-free protection, reliability, optimal set of equipment, the
economic indicators.Keywords
Поступила 02.12.16
3. Корнышева И. С., Волкова Е. Ф., Гончаренко Е. С., Мухина И. Ю. Перспективы применения магниевых и литейных
алюминиевых сплавов // Авиационные материалы и технологии. – 2012. – № S. – С. 212-222.
4. Мухина И. Ю., Уридия З. П. «Магний – основа сверхлегких материалов» // Металлургия и машиностроение. – 2005. –
№ 6. – С. 29-31.
5. Holtzer M., Bobrowski A. Magnesium melt protection by covering gas // Archives of Foundry Engineering. – 2008. – 8(SI 1). –
P. 131-136.
6. Won Ha, Young-Jig Kim. Effects of cover gases on melt protection of Mg alloys // Journal of Alloys and Compounds. – 2006. –
Vol. 422. – Iss. 1-2. – P. 208-213.
7. Dolez P. I., Mlynarek J. Smart materials for personal protective equipment: Tendencies and recent developments // Smart
Textiles and their Applications. – 2016. – P. 497-517.
|